Tr-êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i Khoa C«ng Tr×nh Bé m«n CÇu HÇm  Bµi gi¶ng tæng luËn cÇu Bé m«n CÇu HÇm - §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i. Hµ Néi - 2006 Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 1 Ch-ơng 1: Khái niệm về các công trình nhân tạo trên đ-ờng. I.1. Các loại công trình nhân tạo trên đ-ờng Công trình nhân tạo trên đ-ờng bao gồm : Công trình v-ợt sông, suối, thung lũng: Cầu, hầm. Công trình chắn đất : T-ờng chắn, kè , đê. Công trình thoát n-ớc nhỏ : Cống, đ-ờng tràn, cầu tràn. I.1.1. Cầu Cầu là công trình để v-ợt qua dòng n-ớc, qua thung lũng, qua đ-ờng, qua các khu vực sản xuất, các khu th-ơng mại hoặc qua khu dân c- . I.1.2. Các công trình thoát n-ớc nhỏ Đ-ờng tràn là công trình có mặt đ-ờng nằm sát cao độ đáy sông, vào mùa m-a n-ớc chảy tràn qua mặt đ-ờng nh-ng xe cộ vẫn đi lại đ-ợc. áp dụng : Cho những dòng sông hoặc suối có l-u l-ợng nhỏ, và có lũ xảy ra trong thời gian ngắn (Trong năm không quá 23 lần). Cầu tràn là công trình đ-ợc thiết kế đủ để dòng chảy thông qua với một l-u l-ợng nhất định, khi v-ợt quá l-u l-ợng này, n-ớc sẽ tràn qua đ-ờng. áp dụng: Cho những dòng chảy có l-u l-ợng nhỏ và trung bình, thời gian tập trung n-ớc ngắn. Nh-ợc điểm : Làm gián đoạn giao thông, gây xói lở công trình. Cống là công trình thoát n-ớc qua các dòng n-ớc nhỏ, có l-u l-ợng nhỏ (Q 40 50 m3/s). MNTN:4.00 2 % 2 % MNCN:8.50 Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 2 Quy định : Chiều dày lớp đất đắp trên đỉnh cống >0,5m để phân bố áp lực bánh xe và giảm lực xung kích I.1.3. T-ờng chắn T-ờng chắn là công trình chắn đất, đ-ợc xây dựng nhằm đảm bảo ổn định của độ dốc ta luy nền đ-ờng. I.1.3. Hầm Hầm là công trình có cao độ tuyến đ-ờng thấp hơn nhiều so với mặt đất tự nhiên. Tuỳ theo mục đích sử dụng có các công trình hầm sau : Hầm v-ợt núi. Ví dụ : Hầm Hải Vân (VN) Hầm v-ợt sông , eo biển Hầm giao thông trong lòng đất. Ví dụ : Hầm chui Thủ Thiêm (VN). I.2. Các bộ phận cơ bản của công trình cầu I.2.1. Cấu tạo chung công trình cầu Công trình cầu đ-ợc chia làm 2 phần : Kết cấu phần trên Kết cấu phần d-ới I.2.2. Kết cấu phần trên Kết cấu phần trên bao gồm : Kết cấu nhịp 1:m Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 3 Mặt đ-ờng xe chạy Gối cầu, khe co giãn, lan can và hệ thống chiếu sáng trên cầu Tác dụng: Tạo ra bề mặt cho xe chạy và lề Ng-ời đi bộ trên cầu đảm bảo cho xe chạy êm thuận và an toàn trong quá trình chuyển động . I.2.3. Kết cấu phần d-ới Kết cấu phần d-ới bao gồm : Mố cầu Trụ cầu Hệ thống mống, cọc Tác dụng: : Đỡ kết cấu nhịp và truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống mố trụ Kết cấu phần d-ới chiếm 40 60 % tổng giá trị công trình I.2.4. Các mực n-ớc thiết kế Mực n-ớc thấp nhất (MNTN) : là mực n-ớc thấp nhất xuất hiện trên sông vào mùa khô Mực n-ớc cao nhất (MNCN) : là mực n-ớc cao nhất xuất hiện trên sông vào mùa lũ. Mực n-ớc thông thuyền (MNTT): là mực n-ớc cao nhất cho phép tàu bè đi lại d-ới cầu một cách an toàn. I.2.5. Khổ cầu. I.3. Các kích th-ớc cơ bản của công trình cầu I.3.1. Khẩu độ thoát n-ớc d-ới cầu (Lo) Khẩu độ thoát n-ớc d-ới cầu đợc tính từ mép trong của mố bên này đến mép trong của mố bên kia . Lo đ-ợc xác định theo tần suất lũ thiết kế : P% Bảng tần xuất lũ thiết kế P% Loại cầu Chiều dài nhịp L (m) Tần suất lũ thiết kế P% Cầu lớn >100 1% Cầu trung 30 100 2% Cầu nhỏ < 30 4% Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 4 I.3.2. Chiều dài nhip Chiều dài nhịp (Lnh) : là khoảng cách tính từ đầu dầm bên này đến đầu dầm bên kia. Chiều dài tính toán nhịp (Ltt) : là khoảng cách giữa tim các gối của một nhịp I.3.3. Chiều dài toàn cầu Chiều dài toàn Cầu (Lcầu) : là khoảng cách tính từ đuôi mố bên này đến đuôi mố bên kia. Trong đó : Lnhịp : Chiều dài của một nhịp a : Khe hở đầu dầm Lmố : Chiều dài mố cầu. I.3.4. Các chiều cao thiết kế Chiều cao tự do (Htd) : là khoảng cách tính từ đáy dầm đến mực n-ớc cao nhất. Chiều cao kiến trúc của cầu (hkt) : là khoảng cách tính từ đáy dầm đến mặt đ-ờng xe chạy. Chiều cao cầu (Hc) : là khoảng cách tính từ mặt đ-ờng xe chạy đến mực n-ớc thấp nhất đối với cầu v-ợt qua dòng n-ớc và đến mặt đất thiên nhiên đối với cầu cạn. Chiều cao thông thuyền (Htt) : là khoảng cách tính từ đáy dầm đến mực n-ớc thông thuyền. I.4. Phân loại và phạm vi sử dụng I.4.1. Phân loại theo hình thức sử dụng monhipcau xLaLL 2 Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 5 Cầu ôtô : Là công trình cầu cho tất cả các ph-ơng tiện giao thông nh- : Xe tải, xe gắn máy, xe thô sơ và đoàn ng-ời đi bộ Cầu đ-ờng sắt : Đ-ợc xây dựng dành riêng cho xe lửa. Cầu ng-ời đi bộ : Phục vụ dành riêng cho ng-ời đi bộ. Cầu thành phố : Là cầu cho ô tô, xe điện, ng-ời đi bộ Cầu chạy chung : Là cầu cho cả ô tô, xe lửa, ng-ời đi bộ Cầu đặc bịêt : Là các cầu phục vụ cho các ống dẫn n-ớc, ống dẫn khí, ống dẫn hơi đốt, dẫn dây cáp điện I.4.2. Phân loại theo vật liệu làm KCN Cầu gỗ Cầu đá Cầu bê tông Cầu bê tông cốt thép Cầu thép Cầu liên hợp thép bê tông cốt thép. I.4.3. Phân loại theo cao độ đ-ờng xe chạy Cầu có đ-ờng xe chạy trên : Đ-ờng xe chạy đặt trên đỉnh KCN Cầu có đ-ờng xe chạy d-ới : Đ-ờng xe chạy dọc theo biên d-ới KCN Cầu có đ-ờng xe chạy giữa : Đ-ờng xe chạy bố trí trong phạm vi chiều cao KCN I.4.4. Phân loại theo Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 6 ch-ớng ngại vật mà cầu v-ợt qua Cầu thông th-ờng (Cầu v-ợt sông) : là các công trình cầu đ-ợc xây dựng v-ợt qua các dòng n-ớc nh- : sông, suối , khe sâu Cầu v-ợt (Cầu qua đ-ờng) : là các công trình cầu đợc thiết kế cho các nút giao nhau khác mức trên đ-ờng ô tô hoặc đ-ờng sắt. Cầu cao : là các công trình cầu bắc qua thung lũng khe sâu , các trụ cầu có chiều cao > 20 - 25 m. Cầu cạn : là cầu đ-ợc xd ngay trên mặt đất mhằm dẫn vào một cầu chính hoặc nâng cao độ tuyến đ-ờng lên để giải phóng không gian bên d-ới. Cầu phao : là các công trình cầu đ-ợc xây dựng bằng hệ nổi phục vụ cho mục đích Quân sự hoặc phục vụ giao thông trong thời gian ngắn. Cầu mở :Cầu mở là cầu có 1 hoặc 2 nhịp sẽ đ-ợc di chuyển khỏi vị trí để tàu bè qua lại trong khoảng thời gian nhất định. áp dụng: chiều cao thông thuyền lớn HTT 40 60m Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 7 Cầu cất là loại Cầu mở mà KCN có thể đ-ợc kéo lên theo ph-ơng thẳng đứng để cho tàu thuyền qua lại an toàn Cầu nâng Cầu quay : Khi không có tàu thuyền qua lại cầu vẫn đảm bảo giao thông bình th-ờng. I.4.5. Phân loại theo sơ đồ chịu lực Cầu dầm : Bộ phận chịu lực chủ yếu là dầm, chịu uốn và cắt. Khi chịu tải trọng thẳng đứng trên KCN thì tại gối chỉ có thành phần phản lực thẳng đứng V. Các loại Kết cấu nhịp Cầu Dầm : Cầu dầm giản đơn, cầu dầm hẫng, cầu dầm hẫng + nhịp đeo, cầu dầm liên tục. Cầu dầm giản đơn o Phân bố nội lực : Biểu đồ mô men chỉ có dấu (+) và giá trị lớn nhất là tại giữa nhịp o Phân bố vật liệu : Tập trung tại mặt cắt giữa nhịp. o Khả năng v-ợt nhịp : Dầm BTCT th-ờng : L < 21 m. Dầm BTCT DƯL : L < 50 m. Cầu dầm hẫng o Phân bố nội lực : Biểu đồ mô men có M+ tại mặt cắt giữa nhịp và M- tại mặt cắt gối. o Phân bố vật liệu : Tập trung nhiều tại mặt cắt gối và cả mặt cắt giữa nhịp. o Khả năng v-ợt nhịp : Dầm BTCT DƯL : L < 80 m. Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 8 Cầu dầm hẫng + nhịp đeo Đặc điểm : Xe chạy không êm thuận, lực xung kích lớn, khe co giãn phải cấu tạo phức tạp nên hiện nay rất ít sử dụng. Cầu dầm liên tục o Phân bố nội lực : Biểu đồ mô men có M- tại mặt cắt gối lớn hơn M- tại mặt cắt giữa nhịp. o Phân bố vật liệu : Tập trung nhiều tại mặt cắt gối do đó tiết kiệm vật liệu và tăng khả năng v-ợt nhịp. o Khả năng v-ợt nhịp : L > 50 m Cầu khung Trụ và dầm đ-ợc liên kết cứng với nhau để chịu lực Phản lực gối gồm thành phần thẳng đứng V, thành phần nằm ngang H và mô men uốn M. Cầu vòm Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 9 Bộ phận chịu lực chủ yếu là vòm, chịu nén và cắt. Khi chịu tải trọng thẳng đứng trên KCN thì tại chân vòm có các thành phần nội lực: V, H, M do đó ta phải xây dựng vòm tại nơi có địa chất tốt. Theo vị trí đ-ờng xe chạy có các loại Cầu vòm sau: Cầu vòm có đ-ờng xe chạy trên, cầu vòm có đ-ờng xe chạy giữa, cầu vòm có đ-ờng xe chạy d-ới. Cầu treo Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo là dây cáp hoặc dây xích đỡ hệ mặt cầu. Do đó trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ thống tổ hợp giữa dây và dầm. Có thể phân cầu treo thành 2 loại : o Cầu treo dây võng (gọi tắt là cầu treo) o Đặc điểm : Trong cầu treo, dây làm việc chủ yếu chịu kéo và tại chỗ neo cáp có lực nhổ rất lớn do đó tại vị trí mố ta phải cấu tạo hố neo lớn và rất phức tạp. o Cầu treo dây xiên (Cầu dây văng). o Đặc điểm : Kết cầu dầm cứng tựa trên các gối cứng là các gối cầu trên mố - trụ và các gối đàn hồi là các dây văng. Dây văng và dầm chủ tạo nên hệ bất biến hình do đó hệ có độ cứng lớn hơn so với cầu treo. Khả năng vợt nhịp hợp lý của cầu dây văng là từ 150 - 450 m. [...]... Các loại tải trọng theo ph-ơng dọc cầu H: Lực hãm xe, lực ma sát gối cầu theo ph-ơng dọc cầu, lực gió theo ph-ơng dọc cầu, va xô tàu bè theo ph-ơng dọc cầu, áp lực đất theo ph-ơng dọc cầu Các loại tải trọng theo ph-ơng ngang cầu T: Va xô tàu bè theo ph-ơng ngang cầu, lực gió ngang cầu, lực lắc ngang cầu do LL, lực ly tâm (Cầu cong), áp lực đất theo ph-ơng ngang cầu Trong qúa trình tính toán phải xét... ph-ơng án cầu là một bài toán tổng thể nhiều mặt : kỹ thuật, công nghệ quy hoạch, môi tr-ờng, kinh tế Các ph-ơng án cầu phải thõa mãy yêu cầu kĩ thuật, kinh tế, có tính khả thi, đáp ứng yêu cầu duy tu bảo d-ỡng và yêu cầu mĩ quan Để lựa chọn ph-ơng án cầu ta phải tiến hành thành lập nhiều ph-ơng án cầu khác nhau, sau đó đánh giá các ph-ơng án II.4.2 Các căn cứ để lập ph-ơng án cầu II.4.2 1 Vị trí cầu Đối... thiết kế cầu: Bao gồm tất cả các bản báo cáo thuyết minh, các biên bản, các yêu cầu đã đ-ợc chấp nhận Bình đồ vị trí cầu, bình đồ tại vị trí làm cầu, các loại bình đồ lối vào cầu Trắc dọc lối vào cầu Bình đồ cầu Hình chiếu đứng của công trình cầu 16 Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Các bản vẽ cốt thép th-ờng, DƯL II.4 Lập ph-ơng án cầu II.4.1 Khái niệm chung về lập ph-ơng án cầu Lựa... Bộ môn Cầu Hầm VD : Mỹ Thuận (VN) 150+350+150 m Cầu Cần Thơ (Cần Thơ) : 270+550+270 m Cầu Kiền (Hải Phòng): 84,5+200+84,5 m Cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh): 125+435+125 m Tatara (Nhật bản) : L = 890 m Cầu dàn Bộ phận chịu lực chủ yếu là dàn kết hợp với hệ thống dầm mặt cầu Các thanh trong dàn chịu lực kéo, nén và lực cắt, bỏ qua mômen uốn trong thanh I.5 Các yêu cầu cơ bản đối với cầu I.5.1 Yêu cầu về... cứ để lập ph-ơng án cầu II.4.2 1 Vị trí cầu Đối với cầu nhỏ ( L 100m), vị trí tuyến đ-ờng phụ thuộc vào cầu Vấn đề chọn vị trí cầu : i Về mặt kĩ thuật : So sánh giữa các vị trí dự định đặt cầu theo các điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn,... ph-ơng dọc cầu lấy bằng 60% lực gió ngang cầu khi tính dàn thép, lấy bằng lực gió ngang cầu khi tính mố trụ II.5.4.1.8 Lực va xô theo ph-ơng dọc cầu và ngang cầu Đặt tại vị trí MNTT theo h-ớng dọc và ngang cầu Là lực tập trung nằm ngang theo ph-ơng dọc và ngang cầu Giá trị phụ thuộc vào cấp thông thuyền trên sông, xác định theo bảng tra (bảng 26- trang 98 QT79) II.5.4.1.9 Lực ma sát gối cầu Xuất... ra chiều dài toàn bộ cầu II.4.2 6 Khổ giới hạn Khổ giới hạn l khong không gian được dnh cho giao thông trên cầu hoặc d-ới cầu mà không một kết cấu hay bộ phận kết cấu nào đ-ợc vi phạm để đảm bảo an toàn giao thông. a) Khổ giới hạn trên cầu Khổ giới hạn thông xe trên cầu : là khoảng không gian dành cho giao thông trên cầu mà không cho phép các kiến trúc thuộc hệ thống thiết bị trên cầu đ-ợc phép xâm phạm... k=0.4 Đối với cầu dàn thép có hai mặt phẳng dàn k=0.5 Đối với cầu dàn thép có ba mặt phẳng dàn trở lên k=1 Đối với kết cấu mố trụ và kết cấu nhịp kiểu dầm đặc C-ờng độ gió xác định nh sau: Cầu đ-ờng bộ: = 50 kG/m2 trong tr-ờng hợp có xe trên cầu = 180 kG/m2 trong tr-ờng hợp không có xe trên cầu Cầu đ-ờng sắt: = 100 kG/m2 trong mọi tr-ờng hợp 25 Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Gió... Khổ giới hạn thông xe trên cầu bao gồm (1-G) phần xe chạy ( số làn x bề rộng làn 4m, 6m, 7m, 10.5m ), (2-T) phần dành cho ng-ời đi bộ hoặc xe thô sơ ( 0.75m, 1.0 m, 1.5 m ), (3) phần lan can, gờ chắn, dải phân cách 18 Tr-ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm b) Khổ giới hạn d-ới cầu Bao gồm (1) khổ thông thuyền với cầu cầu v-ợt sông và (2) khổ thông xe d-ới cầu với cầu v-ợt đ-ờng 2500 3000... đến việc cầu chịu tải trọng gió với vận tốc 25 m/s và không có hoạt tải trên cầu II.5.3.3 TTGH c-ờng độ 3 : Là tổ hợp tải trọng liên quan đến việc cầu chịu tải trọng gió với vận tốc 25 m/s và không có hoạt tải trên cầu II.5.3.4 TTGH đặc biệt: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc cầu chịu tải trọng động đất, lực va tàu và xe cộ II.5.3.5 TTGH sử dụng: Là tổ hợp tải trọng liên quan đến việc cầu làm việc . cầu phục vụ cho các ống dẫn n-ớc, ống dẫn khí, ống dẫn hơi đốt, dẫn dây cáp điện I.4.2. Phân loại theo vật liệu làm KCN Cầu gỗ Cầu đá Cầu bê tông Cầu bê tông cốt thép Cầu thép Cầu. môn Cầu Hầm 6 ch-ớng ngại vật mà cầu v-ợt qua Cầu thông th-ờng (Cầu v-ợt sông) : là các công trình cầu đ-ợc xây dựng v-ợt qua các dòng n-ớc nh- : sông, suối , khe sâu Cầu v-ợt (Cầu. xe lửa. Cầu ng-ời đi bộ : Phục vụ dành riêng cho ng-ời đi bộ. Cầu thành phố : Là cầu cho ô tô, xe điện, ng-ời đi bộ Cầu chạy chung : Là cầu cho cả ô tô, xe lửa, ng-ời đi bộ Cầu đặc bịêt