CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP TĨM TẮT BÀI GIẢNG Chương : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU BTCT Chương : CẦU BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP ( BTCT ) Chương : NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CẦU DẦM BTCT Chương : THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT NHỊP GIẢN ĐƠN Chương : THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC Chương : CẦU DẦM VÀ KHUNG LIÊN TỤC Chương : GỐI CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP TS NGUYỄN THỐNG NHẤT Mobile : 0909451119 Email : nthongnhat@yahoo.com.vn Lời nói đầu • Tóm tắt giảng " Thiết kế Cầu bêtông cốt thép " biên soạn theo đề cương môn học tên dành cho chuyên ngành đào tạo kỹ sư Xây dựng cầu đường Khoa Kỹ thuật Công trình, Trường Đại học Tôn Đức Thắng • Tóm tắt giảng sử dụng Giáo trình tác giả GS.TS Nguyễn Viết Trung PGS.TS Lê Thị Bích Thủy chỉnh sửa hiệu chỉnh • Giáo trình giảng dạy theo Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 272 - 05, Bộ Giao thông vận tải ban hành áp dụng từ tháng 6/2005 Tiêu chuẩn thay cho Quy trình 22 TCN 18 - 79 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -01 để thiết kế tất cầu đường ô tô nước • Môn học thực qua 45 tiết lý thuyết 15 tiết thực hành tập ví dụ Chương : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Lịch sử phát triển cầu BTCT, ý nghóa phương hướng phát triển cầu BTCT Việt Nam 1.2 Phân loại cấu tạo cầu BTCT 1.3 Vật liệu xây dựng cầu BTCT 1.4 Nguyên lý thiết kế cầu bê tông cốt thép 1.5 Tải trọng thiết kế cầu 1.1 Lịch sử phát triển cầu BTCT, ý nghóa phương hướng phát triển cầu BTCT Việt Nam : 1.1.1 KHÁI NIỆM : : cầu loại nhỏ • Chiều dài cầu : L < 25m L = 25÷ 100m : cầu loại trung L > 100m : cầu loại lớn Chiều dài nhịp l > 30m xếp vào loại cầu lớn • Cầu bê tông cốt thép cầu bê tông cốt thép thường hay bê tông cốt thép dự ứng lực, xây dựng theo công nghệ đúc bê tông chỗ chế tạo sẵn lắp ghép khác Hình 1.1 1.1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU BTCT Ở VIỆT NAM : Có thể chia trình phát triển thành giai đoạn ứng với giai đoạn lịch sử : • Thời kỳ trước Cách mạng Tháng : - Hệ thống nhịp bản, dầm giản đơn, dầm hẫng, vòm thường với nhịp ÷ 20m - Ở miền Bắc hầu hết cầu BTCT Pháp xây dựng bị phá hoại bom Mỹ • Thời kỳ sau Cách mạng tháng 8-1945 đến năm 1954 : Rất cầu xây dựng • Thời kỳ từ 1954 đến 1975 : Nước ta bị chia làm hai miền phát triển theo hai hướng khác : - Ở miền Bắc : Cầu Thăng Long ( xây dựng 10 năm ) - Ở miền Nam : Cầu BTCT dự ứng lực theo tiêu chuẩn Mỹ AASHTO sản xuất lắp ghép rộng rãi tuyến đường, độ nhịp dầm xấp xỉ 12- 18- 25m • Thời kỳ 1975 đến 1985 : Đất nước thống nhất, Liên Xô Mỹ phong tỏa kinh tế ta - Miền Bắc, trung tâm chế tạo dầm dự ứng lực nhịp đến 33m Hà Nội, Vinh - Miền Nam sản xuất dầm dự ứng lực theo mẫu cũ Mỹ xưởng Châu Thới có thiết kế thi công thêm dầm I 33 theo tiêu chuẩn Việt Nam Đã tự thiết kế thi công số cầu khung T- dầm đeo thuộc hệ tónh định có nhịp dài xấp xỉ 60÷ 70m với cốt thép dự ứng lực dạng bó 24 sợi ∅ mm • Thời kỳ 1986 đến : Đây thời kỳ đổi mới, quan hệ đối ngoại bước rộng mở công nghệ tiên tiến giới chuyển giao vào nước ta - Các dự án lớn cải tạo quốc lộ 1, dự án cầu có hệ khung liên tục, TP Hồ Chí Minh khu vực phía Nam thực công nghệ đúc hẫng đại - Đến đầu năm 2006 có khoảng 50 cầu thuộc hệ thống nhịp liên tục đúc hẫng thành công Công nghệ đúc đẩy áp dụng Công nghệ đúc đà giáo di động áp dụng cho cầu Thanh Trì ( Hà Nội ), cầu Bãi Cháy ( Quảng Ninh ) Công nghệ đúc hẫng dầm cứng cầu dây văng - dầm cứng BTCT áp dụng thành công cầu Mỹ Thuận, Rạch Miễu Công nghệ lắp hẫng cầu dây văng - dầm cứng BTCT áp dụng thành công cầu Kiền ( Hải Phòng ) 1.1.3 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN : • Về mặt phương pháp tính toán, tiêu chuẩn thiết kế : - Phương pháp tính toán cầu theo trạng thái giới hạn áp dụng nước ta từ năm 1979 dựa theo phương pháp tính toán Liên xô ( cũ ) Ngày nay, phương pháp tính toán có xét đến tính phi tuyến vật liệu, phi tuyến hình học kết cấu đặc biệt, dùng vật liệu đặc biệt phát triển Việc sử dụng máy tính chương trình phần tử hữu hạn trở nên phổ biến - Quy trình 22 TCN 18-79, gọi tắt Quy trình 1979 để thiết kế cầu dựa vào nội dung Quy trình năm 1962 1967 Liên Xô ( cũ ) Quy trình cầu đường sắt 1958 Trung Quốc - Năm 2005, Bộ Giao thông Vận tải ban hành Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 - 05 cầu đường Đây tiêu chuẩn đại, đạt trình độ quốc tế cao, biên soạn dựa nội dung Tiêu chuẩn AASHTO - LRFD năm 1998 chỉnh sửa cho phù hợp với điều kiện tự nhiên Việt Nam Vì tiêu chuẩn góp phần đẩy nhanh trình hội nhập kinh tế Việt Nam với nước ASEAN khu vực Đối với dự án cầu lớn, ví dụ cầu dây văng, cầu có nhịp dài 150m, cần phải tham khảo thêm tiêu chuẩn nước Mỹ, Nhật, Úc, Pháp, Trung Quốc • Về mặt công nghệ đại : Nói chung, xu hướng áp dụng công nghệ đại giới vào điều kiện Việt Nam thông qua việc chuyển giao công nghệ với dự án có vốn nước Có thể liệt kê số hướng sau : - Đồng thời phát triển công nghệ đúc bêtông chỗ công nghệ chế tạo sẵn - lắp ghép - Phát triển áp dụng kết cấu BTCT DƯL cho đủ dạng kết cấu từ nhịp dài từ 12m trở lên ( công nghệ dự ứng lực trong, dự ứng lực kết hợp hai ) loại dầm rỗng, đặc, dầm I, dầm T, dầm Super-T, dầm hộp - Phát triển áp dụng vật liệu cốt thép cường độ cao, bêtông cường độ cao ( cấp BT đến 60 - 80Mpa ), bêtông tính cao, BT polyme, pha cốt sợi thép cốt sợi polyme phân tán Vật liệu chất dẻo pha sợi carbon, bó sợi carbon nghiên cứu áp dụng bước đầu - Phát triển dạng kết cấu nhịp phức tạp đáp ứng yêu cầu khai thác thuận tiện vẻ đẹp kiến trúc cầu cong, cầu dây văng - dầm cứng BTCT, cầu liên tục, cầu Extradosed Các kết cấu liên hợp mặt vật liệu 1.2 Phân loại cấu tạo cầu bê tông cốt thép : 1.2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN : Các tham số kích thước công trình cầu nói chung bao gồm : - Cao độ mặt đất thiên nhiên, cao độ mực nước, thể vẽ mặt cắt ngang sông qua tim dọc cầu - Các cao độ mặt xe chạy cầu, bán kính đường cong đứng, thể vẽ trắc dọc công trình cầu - Các kích thước mặt phận kết cấu nhịp cầu phải thể vẽ bố trí chung mặt - Các kích thước mặt cắt ngang kết cấu nhịp bề rộng phần xe chạy, vỉa hè, lan can, rào chắn, mặt cắt ngang kết cấu chịu lực dầm I, dầm T, dầm hộp phải thể mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu Các kích thước cần đảm bảo thỏa mãn yêu cầu khổ giới hạn thông xe an toàn thuận tiện, yêu cầu chịu lực 1.2.2 PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH CẦU : Cầu BTCT phân loại theo tiêu chí khác Phân loại thông dụng : 1- Phân loại theo vị trí cầu : Tùy theo loại chướng ngại cần phải vượt qua gọi : - Cầu qua sông, suối - Cầu vượt đường - Cầu cạn, cầu dẫn - Cầu có trụ cao để vượt qua thung lũng, hẻm núi 2- Phân loại theo tải trọng qua cầu :  - Cầu đường ôtô - Cầu thành phố - Cầu đường sắt - Cầu - Cầu chung đường sắt – đường ôtô - Cầu máng dẫn nước - Cầu dành cho đường ống dẫn nước, dẫn dầu, khí đốt 3- Phân loại theo cao độ tương đối bề mặt xe chạy : - Cầu chạy - Cầu chạy - Cầu chạy 4- Phân loại theo sơ đồ tónh học giai đoạn khai thác kết cấu chịu lực : - Cầu dầm : + Dầm giản đơn, + Dầm liên tục, + Dầm hẫng Hình 1.2 Các sơ đồ tónh học dầm giản đơn, dầm liên tục, dầm hẫng có dầm đeo - Cầu khung : T có dầm đeo, T có chốt, khung T liên tục nhiều nhịp, khung chân xiên, khung kiểu cổng (H.1.3) Hình 1.3 : Một số sơ đồ cầu khung a) Cầu khung liên tục b) Khung T–dầm đeo c, d, e, f) Một số dạng mặt cắt ngang nhịp - Cầu vòm : 1- Cột vòm; 2- Vòm chính; 3- Phần xe chạy; 4- Thanh treo 5- Vòm cứng; 6- Dầm mềm; 7- Vòm mềm; 8- Dầm cứng; 9- Thanh treo xiên Hình 1.4 : Một số sơ đồ cầu vòm a) Cầu vóm chạy trên; b) Cầu vòm chạy giữa; c) Vòm cứng - dầm mềm dàn, Cầu có kết cấu liên hợp : + Cầu dầm – vòm + Cầu dàn - vòm + Cầu dầm - dây ( cầu treo dây xiên - dầm cứng BTCT ) - Cầu 1- Dây xiên; 2- Cột tháp; 3- Dầm cứng; 4- Dầm ngang khung cột tháp để giữ dầm cứng Hình 1.5 : Một số sơ đồ cầu dây xiên - dầm cứng 5- Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang kết cấu chịu lực : - Kết cấu nhịp - Kết cấu nhịp có sườn - Kết cấu nhịp mặt cắt hình hộp 6- Phân loại theo phương pháp thi công kết cấu nhịp : - Với nhịp nhỏ trung bình (L < 25m với cầu nhịp L cầu < 100m với cầu nhiều nhịp) + Cầu đúc chỗ + Cầu lắp ghép toàn nhịp + Cầu bán lắp ghép ( phần sườn dầm lắp ghép, phần đúc chỗ ) - Với cầu BTCT có nhịp lớn : + Cầu đúc chỗ đà giáo cố định + Cầu đúc chỗ với đà giáo di động + Cầu thi công theo phương pháp hẫng + Cầu thi công theo phương pháp đẩy + Cầu thi công theo phương pháp đặc biệt 1.2.3 PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA KẾT CẤU NHỊP BTCT : Các cầu BTCT đường sắt thường áp dụng loại dầm giản đơn có nhịp dài L = 4÷ 33m Nếu muốn vượt nhịp dài nên dùng dầm thép Trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh số cầu vòm cũ BTCT xây dựng từ năm 1930 Các cầu BTCT đường ôtô, thường dùng nhiều dầm giản đơn nhịp 6÷ 33m, đặc biệt đến 42÷ 50m Nếu nhịp lớn thường dùng sơ đồ kết cấu nhịp siêu tónh dầm liên tục, dầm hẫng, cầu khung BTCT dự ứng lực, cầu vòm Cầu ôtô thường chọn loại kết cấu sau : - Dạng cầu giản đơn BTCT thường : nhịp từ 3÷ 6m - Dạng cầu giản đơn BTCT thường : nhịp từ 7÷ 24m - Dạng cầu giản đơn BTCT dự ứng lực : nhịp từ 12÷ 42m - Dạng cầu dầm liên tục hay cầu khung BTCT dự ứng lực : nhịp khoảng 33 đến 200m - Dạng cầu vòm BTCT thường : trước có dùng cho cầu nhịp 15÷ 70m Ngày nước ta xây dựng cầu vòm Năm 2003, Trung Quốc giúp xây dựng số cầu vòm ống thép nhồi bêtông cầu Ông Lớn, cầu Xóm Củi đường Nguyễn Văn Linh thành phố Hồ Chí Minh, nhịp dài 97,5m 80,6m Cầu vòm BTCT nước ta cầu dẫn cầu Bãi Cháy ( Quảng Ninh ) có nhịp vòm 65m - Dạng cầu treo dây xiên - dầm cứng BTCT có ưu điểm hình dáng đẹp, vượt nhịp dài, đến 400m, xây dựng cầu Mỹ Thuận, Cần Thơ, - Dạng cầu giàn BTCT dự ứng lực xây dựng nhiều đường sắt Liên Xô ( cũ ), không phổ biến nước khác Việt Nam cấu tạo phức tạp, khó thi công không ưu việt cầu giàn thép 1.3 Vật liệu xây dựng đặc điểm cầu BTCT : 1- Vật liệu 2- Độ bền, độ cứng 3- Hình dáng, hệ thống 4- Tính liền khối 5- Trọng lượng thân 6- Chi phí tu bảo dưỡng 7- Vết nứt 8- Về áp dụng công nghiệp hóa xây dựng 9- Về công tác sửa chữa, nâng cấp, mở rộng cần thiết /  ... cầu 1. 1 Lịch sử phát triển cầu BTCT, ý nghóa phương hướng phát triển cầu BTCT Việt Nam : 1. 1 .1 KHÁI NIỆM : : cầu loại nhỏ • Chiều dài cầu : L < 25m L = 25÷ 10 0m : cầu loại trung L > 10 0m : cầu. .. THÉP 1. 1 Lịch sử phát triển cầu BTCT, ý nghóa phương hướng phát triển cầu BTCT Việt Nam 1. 2 Phân loại cấu tạo cầu BTCT 1. 3 Vật liệu xây dựng cầu BTCT 1. 4 Nguyên lý thiết kế cầu bê tông cốt thép 1. 5... xếp vào loại cầu lớn • Cầu bê tông cốt thép cầu bê tông cốt thép thường hay bê tông cốt thép dự ứng lực, xây dựng theo công nghệ đúc bê tông chỗ chế tạo sẵn lắp ghép khác Hình 1. 1 1. 1.2 LỊCH SỬ