Luận văn tốt nghiệp: Bê tông cốt thép công trình và cách sử dụng bê tông cốt thép tiết kiệm hiệu quả

Tr−êng ®¹i häc x©y dùng
KHoa cÇu ®−êng - Bé m«n cÇu hÇm





Ph¹m V¨n Th¸i - NguyÔn B×nh Hμ








ThiÕt kÕ
cÇu bª t«ng cèt thÐp

Hμ néi -10/ 2003
Giáo trình Cầu BTCT 1

Mục lục

1.
khái niệm chung về cầu bê tông cốt thép 7
1.1. Sơ lợc lịch sử phát triển cầu BTCT 7
1.1.1. Việt Nam: 9
1.2. Phơng hớng phát triển 11
1.3. Đặc điểm cơ bản của cầu BTCT 12
1.3.1. Vật liệu: 12
1.3.2. Ưu điểm: 12
1.3.3. Nhợc điểm 12
1.4. Phạm vi áp dụng 12
1.5. Các Tiêu chuẩn thiết kế 12
1.6. Hệ thống cầu dầm: 14
1.6.1. Cầu dầm, cầu bản nhịp giản đơn 14
1.6.2. Cầu dầm mút thừa: 14
1.6.3. Cầu dầm Liên tục: 16
1.7. Hệ thống cầu khung 17
1.8. Hệ thống cầu Vòm: 19
1.9. Hệ Liên hợp v cầu treo: 19
1.10. Hệ thống cầu dn BTCT: 21
2. Vật liệu dùng trong cầu Bê tông cốt thép 22
2.1. Bê tông 22
2.1.1. Yêu cầu chung 22
2.1.2. Một số tính năng cơ lý của bê tông 22
2.1.2.1. Cờng độ 22

2.1.2.2. Biến dạng của BT 23
2.1.2.3. Mô đuyn đn hồi (nén) v mô đuyn cắt: 24
2.2. Cốt thép 25
2.2.1. Yêu cầu: 25
2.2.2. Một số tính năng cơ lý chủ yếu 25
2.2.3. Chế tạo cốt thép 26
3. Cầu bản Bê tông cốt thép 27
3.1. Đặc điểm 27
3.2. Các sơ đồ cầu bản 27
3.3. Cấu tạo cầu bản đúc tại chỗ 28
3.4. Cấu tạo cầu bản lắp ghép v bán lắp ghép 32
3.4.1. Cầu bản lắp ghép 32
3.4.2. Cầu bản bán lắp ghép 35
3.5. Cầu đờng sắt 37
4. Cầu dầm giản đơn BTCT thờng v bê tông cốt thép ứng suất
trớc 38

4.1. Khái niệm về cầu dầm BTCT: 38
4.2. Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn ton khối 38
4.2.1. Phần Bản 39
4.2.2. Dầm chủ 39
4.2.3. Dầm ngang 39
4.2.4. Dầm dọc phụ 40
4.2.5. Ví dụ 40
4.3. Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn lắp ghép 40
Giáo trình Cầu BTCT 2
4.3.1. Khái niệm: 40
4.3.2. Phân loại (Các sơ đồ mặt cắt ngang) 42
4.3.3. Các phơng pháp phân khối trong kết cấu nhịp lắp ghép 42
4.3.4. Cấu tạo mối nối 43

4.3.5. Các kích thớc cơ bản 44
4.3.6. Cầu dầm giản đơn trên đờng sắt 46
4.4. Kết cấu Bán lắp ghép 46
4.5. bố trí cốt thép 46
4.5.1. Cốt thép bản mặt cầu 46
4.5.2. Cốt chủ 47
4.5.3. Cốt thép chống co ngót: 48
4.5.4. Cốt xiên 49
4.5.5. Cốt đai: 49
4.5.6. Mối nối 50
4.5.7. Một số yêu cầu khác 50
4.6. Khái niệm về kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trớc (BTCTUST): 51
4.7. Các phơng pháp tạo ứng suất trớc trong bê tông 51
4.7.1. Phơng pháp kéo cốt thép trớc khi đổ bê tông (phơng pháp căng trớc - căng
trên bệ) 51
4.7.2. Phơng pháp kéo cốt thép sau khi đổ bê tông (phơng pháp căng sau - căng trên
bê tông) 52

4.8. Cấu tạo cốt thép ứng suất trớc, neo v kích 53
4.8.1. Cốt thép cờng độ cao 53
4.8.2. Neo cốt thép UST 58
4.8.2.1. Neo ngầm 58
4.8.2.2. Neo cốc (Karovkin) 60
4.8.2.3. Neo hình côn (neo hình nón cụt) 60
4.9. Neo của VSL, OVM v một số hãng khác 61
4.9.1. Kích 69
4.10. Cấu tạo cầu dầm giản đơn BTCTUST 72
4.10.1. Đặc điểm chung: 72
4.10.2. Nguyên lý cấu tạo 72
4.10.3. Kích thớc cơ bản 81

4.10.4. Bố trí cốt thép ứng suất trớc 82
4.10.4.1. Yêu cầu chung 83
4.10.4.2. Đối với dầm căng trớc 84
4.10.4.3. Dầm nguyên khối có cốt thép căng sau 84
4.10.5. Cốt thép thờng trong dầm UST 90
4.11. Bản liên tục nhiệt 92
4.11.1. Cấu tạo sơ đồ kết cấu nhịp liên tục nhiệt 92
4.11.2. Kết cấu bản nối liên tục nhiệt 93
4.11.3. tính toán kết cấu nhịp liên tục nhiệt 95
4.12. Kết cấu nhịp bán liên tục (semi-continue) 97
5. Thiết kế v tính toán cầu dầm Bê tông cốt thép 102
5.1. Khái niệm về tính nội lực 102
5.2. Tính Nội lực trong bản mặt cầu 103
5.2.1. Tải trọng tác dụng: 103
5.2.2. Tính nội lực bản mút thừa: 103
5.2.2.1. Bản mút thừa trong kết cấu chỉ có mối nối tại dầm ngang 103
5.2.2.2. Bản mút thừa của dầm ton khối 104
5.2.3. Tính bản kê hai cạnh có nhịp lm việc lm việc thẳng góc với phơng xe chạy 106
Giáo trình Cầu BTCT 3
5.2.3.1. Xác định mô men uốn: 106
5.2.3.2. Xác định Lực cắt 109
5.2.3.3. Tính bản của dầm hộp 109
5.2.3.4. Tính bản mặt cầu của tiết diện T kép 110
5.2.4. Tính bản kê hai cạnh nhịp lm việc song song với phơng xe chạy 111
5.2.4.1. Mô men uốn 111
5.2.4.2. Lực cắt: 112
5.2.5. Bản kê bốn cạnh 112
5.2.5.1. Xác định mô men: 112
5.2.5.2. Xác định Lực cắt 113
5.2.6. Tính toán bản mặt cầu của kết cấu nhịp không có dầm ngang 114

5.2.6.1. Xác định nội lực do tải trọng cục bộ 114
5.2.6.2. Xác định nội lực do bản lm việc không gian với kết cấu nhịp 114
5.2.6.3. Xác định nội lực tổng cộng: 116
5.3. Tính hệ số phân phối ngang 116
5.3.1. Phơng pháp đòn bẩy 117
5.3.2. Phơng pháp Nén lệch tâm: 117
5.3.3. Phơng pháp coi dầm ngang l dầm liên tục kê lên gối đn hồi 119
5.3.4. Cách tính hệ số phân phối ngang 121
5.3.4.1. Đối với tải trọng tập trung: 121
5.3.4.2. Tải trọng tập trung: bánh xe ô tô, xe đặc biệt 122
5.3.4.3.
Đối với tải trọng phân bố 122
5.3.5. Sự biến đổi của hệ số phân phối ngang theo chiều di nhịp 123
5.4. Tính Nội lực trong dầm dọc của hệ mặt cầu (dầm dọc phụ) 124
5.4.1. Tĩnh tải: 124
5.4.2. Hệ số phân bố ngang 124
5.4.3. Xác định Mô men tính toán 125
5.4.3.1. Do hoạt tải: 125
5.4.3.2. Do tĩnh tải: 125
5.4.3.3. Công thức xác định mô men tính toán: 125
5.4.3.4. Xác định lực cắt tính toán 126
5.5. Tính Nội lực trong dầm ngang 127
5.5.1. Dầm ngang nhiều nhịp 127
5.5.2. Nội lực do tải trọng cục bộ 127
5.5.2.1. Nội lực do dầm ngang tham gia lm việc cùng với kết cấu nhịp 130
5.5.3. Dầm ngang một nhịp 131
5.6. Xác định nội lực trong dầm chủ 132
5.6.1. Đờng ảnh hởng nội lực 132
5.6.2. Nội lực đối với dầm 133
5.7. Tính toán tiết diện BTCT 135

5.7.1. Khái niệm chung 135
5.7.1.1. Các giai đoạn ứng suất v biến dạng trên tiết diện thẳng góc 135
5.7.2. tính toán dầm theo mô men uốn 136
5.7.2.1. Tính tiết diện chữ nhật 136
5.7.2.2. Tính tiết diện chữ T 138
5.7.2.3. Mặt cắt xiên với trục của dầm 140
5.7.3. Tính toán dầm theo lực cắt 142
5.7.3.1. Kiểm tra tiết diện bản mặt cầu dới tác dụng của lực cắt 142
5.7.3.2. Kiểm tra ứng suất kéo chính tại trục trung ho (TTGH 3) 142
5.7.3.3. Kiểm tra ứng suất tiếp tại chỗ tiếp giáp nách với bản cánh chụi nén 143
5.7.3.4. Kiểm tra cờng độ của tiết diện nghiêng theo lực cắt 144
Giáo trình Cầu BTCT 4
5.7.4. Kiểm tra ổn định chống nứt của dầm 146
5.7.5. Tính độ võng của dầm BTCT 148
5.8. Tính toán dầm BTCT UST 151
5.8.1. Trình tự tính toán tổng quát 151
5.8.2. Xác định đặc trng hình học của tiết diện dầm 151
5.8.2.1. Tiết diện nguyên khối có cốt căng trớc khi đổ bê tông 151
5.8.2.2. Tiết diện liên hợp có cốt căng trớc khi đổ bê tông 152
5.8.2.3. Tiết diện nguyên khối có cốt căng sau khi đổ bê tông 153
5.8.2.4. Tiết diện liên hợp có cốt căng sau khi đổ bê tông 154
5.8.3. Sự hao ứng suất trong cốt thép 156
5.8.3.1. Xác định ứng suất hao
5
do lực ma sát gây ra 157
5.8.3.2. Xác định ứng suất hao
4
do Neo v bê tông dới neo biến dạng 158
5.8.3.3. Xác định phần giảm ứng suất (
7

) do nén đn hồi 159
5.8.3.4. Xác định ứng suất hao
6
do chênh lệch nhiệt độ cấu kiện BTCT v bệ 161
5.8.3.5. Xác định ứng suất hao
3
do hiện tợng chùng ứng suất của cốt thép 161
5.8.3.6. Xác định ứng suất hao
1
v
2
do BT co ngót v từ biến 162
5.8.4. Xác định ứng suất trong bê tông do ứng lực trớc gây ra 166
5.8.5. Tính toán cờng độ của tiết diện thẳng góc với trục dầm theo mô men tính toán
trong giai đoạn sử dụng 167
5.8.5.1. Xác định vị trí trục trung ho: 168
5.8.5.2. Trờng hợp trục TH đi qua cánh: 168
5.8.5.3. Trờng hợp trục TH đi qua sờn 168
5.8.6. Tính toán ổn định chống nứt theo ứng suất pháp 171
5.8.6.1. Nội dung kiểm tra 1 172
5.8.6.2. Nội dung kiểm tra 2 173
5.8.6.3. Nội dung kiểm tra 3 175
5.8.6.4. Nội dung kiểm tra 4 176
5.8.6.5. Đặc điểm về tính toán ổn định chống nứt theo ứng suất pháp của kết cấu
nhịp bản: 177
5.8.7. Tính cờng độ do tác dụng của ứng suất cắt v ứng suất nén chính 178
5.8.7.1. Công thức tính toán tổng quát 178
5.8.7.2. Tính cờng độ do tác dụng của ứng suất cắt 183
5.8.7.3. Tính cờng độ do tác dụng của ứng suất nén chính (khi không có
y

) 183
5.8.8. Tính ổn định chống nứt do tác dụng của ứng suất kéo chính 184
5.8.9. Tính toán về trợt trong các mối nối 186
5.8.9.1. Tính toán về trợt trong các mối nối nằm ngang 186
5.8.9.2. Tính toán về trợt trong các khe nối thẳng đứng 186
5.8.10. Tính ứng suất
y
để xác định
nc
,
kc
187
5.8.10.1. ứng suất do phản lực gối A 187
5.8.10.2. ứng suất do tác dụng của tải trọng tập trung P 189
5.8.10.3. ứng suất do tác dụng của tĩnh tải phân bố đều 189
5.8.11. Kiểm tra ứng suất cốt thép trong giai đoạn khai thác 190
5.8.12. Tính cờng độ của tiết diện nghiêng trong giai đoạn khai thác, tính cốt đai 191
5.8.12.1. Theo Mô men uốn: 191
5.8.12.2. Theo lực cắt 191
5.8.13. Tính cờng độ v ổn định của dầm trong giai đoạn căng cốt thép 192
5.8.13.1. Dầm chịu nén đúng tâm 192
5.8.13.2. Dầm chịu nén lệch tâm 193
5.8.13.3. Tính ảnh hởng độ võng của dầm 195
Giáo trình Cầu BTCT 5
5.8.13.4. Tính các trị số N v N
T
196
5.8.14. độ võng của dầm bê tông cốt thép ứng suất trớc nhịp giản đơn 199
5.8.14.1. Độ vồng tức thời 199
5.8.14.2. Độ võng do hoạt tải 199

5.8.14.3. Độ võng do tĩnh tải v lực căng của cáp ứng suất trớc 199
5.8.14.4. Độ vồng cấu tạo 200
6. Gối cầu bê tông cốt thép 201
6.1. Khái niệm 201
6.2. Các dạng gối cầu 201
6.2.1. Gối trợt 201
6.2.2. Gối tiếp tuyến 202
6.2.3. Gối con lăn di động v cố định đối xứng 203
6.2.4. Gối cao su (elastomeric bearing) 203
6.2.5. gối bán cố định (Lead rubber Bearing) 205
6.2.6. Gối cong, gối hình cầu 207
6.2.7. Gối chậu (Pot Bearing) 207
6.2.8. Gối đĩa 209
6.3. Bố trí v Tính toán gối cầu 209
6.3.1. Bố trí gối cầu 209
6.3.2. Tính gối thép v bê tông cốt thép 210
6.3.3. Tính gối cao su có tấm thép bên trong 212
6.3.3.1. Kiểm tra ứng suất nén trong cao su 212
6.3.3.2. Tính chiều dy ton bộ của phần cao su h
c
trong gối di động theo điều kiện
chịu lực trợt 212
6.3.3.3. Tính góc trợt do phản lực ngang T (do lực hãm) 212
6.3.3.4. Kiểm tra độ lún (thẳng đứng)
đ
của gối 213
7. cầu dầm Bê tông cốt thép thi công bằng phơng pháp phân
đoạn 214

7.1. Khái niệm 214

7.2. Thi công trên gin giáo di động (moveable scaffolding system - MSS) 217
7.2.1. Đ giáo nằm phía dới cầu (Underslung MSS) 217
7.2.2. Đ giáo nằm phía trên cầu (Overhead MSS) 218
7.2.3. Bố trí cáp ứng suất trớc 219
7.3. Cầu dầm BTCTUST thi công bằng phơng pháp hẫng cân bằng 220
7.3.1. Nguyên lý 220
7.3.2. trình tự thi công 220
7.3.3. Các kích thớc cơ bản 223
7.3.3.1. Tỷ lệ nhịp v tỷ số h/l 223
7.3.3.2. Đờng biên dới của dầm: 223
7.3.3.3. Mặt cắt ngang: 223
7.3.4. Bố trí cáp ứng suất trớc 228
7.3.4.1. Bố trí cáp ứng suất trớc trong bản mặt cầu v sờn dầm 228
7.3.4.2. Bố trí cốt thép dầm chủ 229
7.3.5. Nguyên lý tính toán 234
7.3.6. Tính toán độ vồng v cao độ đổ bê tông 238
7.3.6.1.
Độ vồng do xe đúc: 239
7.3.6.2. Độ vồng
i
240
7.3.6.3. Tính độ võng trong quá trình thi công 241
7.4. Cầu dầm BTCTUST thi công bằng Phơng pháp đúc đẩy 243
7.4.1. khái niệm 243
Giáo trình Cầu BTCT 6
7.4.2. Phạm vi áp dụng 244
7.4.3. Bố trí cốt thép ứng suất trớc căng sau 244
7.4.4. Các biện pháp giảm mô men lao dầm 245
7.4.5. Phơng pháp lao lắp v bệ đúc. 246
8. Cầu vòm bê tông cốt thép 247

8.1. Giới thiệu 247
8.2. Cấu tạo cơ bản 248
9. Phần phụ lục 250
Giáo trình Cầu BTCT 7

1. khái niệm chung
về cầu bê tông cốt thép
1.1. Sơ lợc lịch sử phát triển cầu BTCT
Cầu BTCT xuất hiện đầu tiên vo những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi Xi măng đợc phát
minh vo khoảng năm 1825, việc đặt thép vo BT xuất hiện lẻ tẻ vo những năm 1835-1850.
Từ năm 1855 trở đi BTCT mới chính thức ra đời tại Pháp.
Năm 1875 Joseph Monier đã xây dựng cầu BTCT đầu tiên di 50ft (15,24m) rộng 13ft
(3,96m). Kỹ s ngời Pháp Francois Hennebique đã phát triển mặt cắt ngang dạng T, ông v
những học trò của ông nh kỹ s ngời Thuỵ Sĩ Robert Maillart đã xây dựng một vi cầu vòm
BTCT nổi tiếng, Những cầu BTCT của Maillart đợc xem nh l biểu tợng về thẩm mỹ
i

Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu BTCT chủ yếu l cầu nhịp nhỏ - cầu bản, dầm, vòm. Năm 1896
ngời ta đã xây dựng cầu vòm nhịp 45m tại nớc Nga
ii
.
Giai đoạn đầu thế kỷ XX cầu BTCT đã phát triển mạnh mẽ ngoi dạng đơn giản, ngời ta đã
bắt đầu lm cầu liên tục, cầu khung, dầm công xon nhịp đến 30-40m. Trong giai đoạn ny cầu
thờng dùng phơng pháp đổ bê tông liền khối v l BTCT thờng nên nhịp nhỏ
Thời kỳ đầu trong lịch sử của BTCT, năm 1888 một ngời Mỹ tên l P.H Jackson ở San
Francisco đã có ý tởng rất hay. Ông ta nghĩ rằng sợi thép m đã đợc sử dụng trong BTCT
nếu ngay từ đầu đợc kéo căng thì kết quả kết cấu ny sẽ khoẻ hơn nhiều so với kiểu BTCT.
Những cuộc thí nghiệm của Jackson đã không bao giờ thnh công vì hầu nh chắc chắn l do
những sợi thép ở thời kỳ đó không đủ chịu kéo. Năm 1930 Eugène Freyssinet ngời Pháp
bắt đầu sử dụng sợi thép cờng độ cao v đã mở ra một khái niệm mới khác trong ngnh xây

dựng BTCT ứng suất trớc.
BTCTUST ra đời đầu tiên ở Pháp ngay từ những năm 30 của thế kỷ XX đến cuối những năm
1940 thì phát triển mạnh. Từ những năm 50 đã xây dựng những cầu dầm giản đơn BTCTUST
nhịp 60-70m v từ những năm đầu thập kỷ 60 họ đã sử dụng công nghệ hẫng trong xây dựng
cầu BTCT. Năm 1964 cầu Orleron di 2832m gồm 46 nhịp (nhịp chính di 79m) đợc xây
dựng bằng phơng pháp lắp hẫng, cầu Calix di 1200m gồm 3 nhịp chính 113+156+113 ở hai
bờ có cầu dẫn nhịp 70m
Song song với công nghệ lắp hẫng, ở Pháp cũng phát triển nhiều công trình đúc hẫng (thờng
dùng cho các nhịp 80-130m) ví dụ cầu dầm liên tục Gennevillies gồm phần cầu chính có 5
nhịp đối xứng, cầu treo dây văng Brontonne bắc qua sông Sein có nhịp chính di 320m dầm
BTCTUST tiết diện hình hộp. Công nghệ ny cũng đợc sử dụng ở nhiều nớc ví dụ: Cầu
Beldoif ở Đức có L=208m. ở Nhật Cầu Hikoshima Ohashi nhịp 236m, cầu Hamana nhịp
240m. ở Mỹ có cầu Koror Babelthuap có nhịp giữa di 240,7m; Tại áo cầu SCHOTTWIEN
nhịp giữa di 250m (77,75+162,5+250+142,25) xây dựng 1986-1989.
Trong những năm 30-40 của thế kỷ XX cầu BTCT phát triển mạnh, đã xây dựng đợc những
cầu lớn, áp dụng kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép trong xây dựng cầu. Trong thời kỳ n
y ở Nga
đã xây dựng những cầu vòm nhịp đến 116, 120m (Cầu vòm qua kênh đo Mátxkva nhịp
116m, 4 ln đờng sắt). Cầu vòm ở Thuỵ Điển nhịp 181m, Tây ban Nha 205m.
Những năm 50 ở Liên Xô cũ đã xây dựng cầu nhịp 40-70m. Năm 1952 Xây dựng cầu vòm qua
sông Dnhep nhịp tới 228m
Giáo trình Cầu BTCT 8
Năm 1961 cầu Abtozavodsi có 3 nhịp (36,4+148+36,4) l cầu khung dầm có khớp L=148m
(l cầu khung có nhịp di thứ 2 sau cầu Medway ở Anh Nhịp 152m).
BTCT UST hầu nh đợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở Châu Âu trong nửa đầu của
thế kỷ 20, ở Mỹ bắt đầu chậm hơn. Cầu BTCTUST lớn đầu tiên đã đợc xây dựng ở Mỹ l cầu
Walnut Lane ở Philadelphia, Pennsylvania đợc xây dựng năm 1956.
Cầu đầu tiên thi công bằng công nghệ đúc đẩy l cầu Rio Caroni ở Venezuela do giáo s Fritz
Leonhardt đa vo
iii

, kể từ đó cho đến nay đã có hng trăm cầu đợc thi công theo công nghệ
ny, ví dụ cầu Nuec di 246m (6x41) dầm cao 2,5m rộng 12,4, cầu cạn Oli di 615m (15x41)
dầm cao 3,1m.
Dới đây giới thiệu danh sách những cầu BTCT v BTCTUST có nhịp chính lớn nhất trên thế
giới
Largest Concrete Arch Bridges (Cầu vòm BT)
Bảng 1-1

Name
Location Country Year Span Remarks
1
Wanxiang
Yangzi River China 1996 420
2
Krk-1 (east span)
Krk Island Croatia 1980 390
3
Jiangjiehe
Wu River China 1995 330
4
Yongjiang
Guangxi China 1996 312
5
Gladesville
Sydney Australia 1964 305
6
Ponte da Amizade
Parana River Brazil/Paraguay 1964 290
7
Bloukrans

Bloukrans River South Africa 1983 272
8
Arrỏbida
Oporto Portugal 1963 270
9
Sandử
Kramfors Sweden 1943 264
10
Le Pont Chateaubriand
La Rance France 1991 261
11
Shibenik
Shibenic Bay Croatia 1966 246
12
Barelang
Sumatra Indonesia 1998 245
13
Krk-2 (west span)
Krk Island Croatia 1980 244
14
Jinshajiang-Yibin
Sichuan China 1990 240
15
Beppo-Myouban
Oita Japan 1989 235
16
Fiumarella
Catenzaro Italy 1961 231
17
Zaporoze

Dnepr River Ukraine 1952 228
18
El Rincon Viaduct
Las Palmas Spain 1994 227
19
Novi Sad Danube River Yugoslavia 1961 211
20
Lingenau
Bregentz Austria 1968 210
21
Usagawa
Yamaguchi Japan 1983 204
Largest Concrete Prestressed Girder Bridges (dầm BTCTUST)
Bảng 1-2


Name
Location Country Year Span Remarks
1
Stolmasundet
Austevoll Norway 1998 301
2
Raftsundet
Lofoten Norway 1998 298
3
Humen
Pearl River China 1998 279
4
Varodd
Kristiansand Norway 1994 260

5
Gateway
Brisbane Australia 1986 260
Double pier
supports
6
Skye
Skye Island Britain 1995 250
Giáo trình Cầu BTCT 9

Name
Location Country Year Span Remarks
7
Schottwien
Semmering Austria 1989 250
Double pier
supports
8
Ponte de S. Joao Oporto Portugal 1991 250
9
Northumberland
New Brunswick Canada 1997 250
10
Huangshi
Hubei China 1996 245
11
Koror-Babelthuap
Toagel Channel Palau 1977 241
Collapsed in
1996

12
Hamana
Imagiri-Guchi Japan 1976 240
13
Hikoshima
Shimonoseki Japan 1975 236
14
Norddalsfjord
Sogn-Fjordane Norway 1987 231
15
Urato
Kochi Japan 1972 230
16
Houston Ship Channel
Texas USA 1982 229
17
Puente International
Fray Bentos Uruguay/Argentina 1976 220
Double pier
supports
18
Ponte Tancredo Neves
Iguacu River Brazil/Argentina 1985 220
19
Mooney Creek
Mount White Australia 1986 220
20
Agi-Gawa
Gifu Japan 1985 220
1.1.1. Việt Nam:

ở Việt Nam cầu BTCT đợc xây dựng từ thời Pháp thuộc với các dạng nh cầu bản, cầu dầm
hoặc gin đơn giản, cầu dầm hoặc gin mút thừa đợc thi công theo phơng pháp đúc tại
chỗ. Các kết cấu ny thờng có hai dầm chủ hoặc gin chủ, bản mặt cầu, dầm dọc, dầm
ngang. Bề rộng đờng ô tô khoảng 4-5m ví dụ cầu Ba Cng - QL1 tỉnh Vĩnh Long sơ đồ cầu:
14,5+30+14,5m (Hình 1-1), v các cầu đờng sắt đơn tuyến khổ đờng 1m, các cầu ny có
chiều di nhỏ hơn 20-30(m). Một số dạng dầm liên tục với chiều di nhịp 30-40(m). Cho đến
nay sau một thời gian di sử dụng hoặc do sự tn phá qua các thời kỳ chiến tranh nhiều cầu bị
phá huỷ hoặc h hỏng, xuống cấp phải thay thế bằng những cầu mới, tuy nhiên hiện nay một
số cầu đợc xây dựng từ thời Pháp thuộc hiện vẫn còn đang đợc sử dụng nh cầu Đầu Sấu
QL1 tỉnh Cần Thơ, Cái Xếp (Đồng Tháp), hoặc cầu mút thừa có dầm treo cầu Cái Bờng - QL
80 Đồng Tháp sơ đồ cầu 10+13,6+10m (nhịp đeo di 8,7m, công xon di 2,4m) chiều rộng
cầu 5,2m. Cầu vòm mút thừa Tân Lợi QL 80 Đồng Tháp.

Hình 1-1. Cầu Ba cng QL1 - Tỉnh Vĩnh Long
Những năm sau kháng chiến chống Pháp ta đã xây dựng lại một số cầu với kết cấu dầm giản
đơn lắp ghép tiết diện chữ T, đợc liên kết ngang bằng mối nối hn tại dầm ngang hoặc bằng
bản mặt cầu BTCT đổ tại chỗ. Kết cấu BTCT sử dụng cho cầu nhịp nhỏ nh cầu bản hay cầu
dầm với nhịp dới 22m. Khi kết cấu BTCTUST phát triển chúng ta đã ứng dụng thiết kế xây
dựng cầu Phủ Lỗ nhịp 18m. Đến những năm đầu thập kỷ 70 đã thiết kế v xây dựng các cầu
BTCTUST nhịp 24m, 33m (nhịp dẫn cầu Thăng Long H Nội)
Giáo trình Cầu BTCT 10
Tại miền nam trớc 1975: xây dựng rất nhiều cầu BTCTUST sử dụng chủ yếu l kết cấu nhịp
24,7; 24,54 (bán lắp ghép); dầm bụng cá: 12,5m; 15,6m; 18,6m; 21,6m các kết cấu nhịp ny
chủ yếu đợc chế tạo tại nh máy bê tông Châu Thới.
Sau ngy thống nhất đất nớc chúng ta đã xây dựng nhiều cầu nhịp trung bình v nhịp lớn. Ví
dụ Cầu An Dơng, Cầu Rodạng cầu khung nhịp treo, nhịp dầm chính di 63m (cánh T di
39m dầm treo di 24m). Sau sự cố cầu Ro, cầu Bo Thái Bình đã đợc thi công bằng phơng
pháp đúc hẫng (cánh T di 28m, dầm treo di 33m)
Đặc biệt trong những năm gần đây đã áp dụng những công nghệ tiên tiến trong việc thi công
cầu BTCTUST ví dụ một số cầu xây dựng theo công nghệ đúc hẫng:

+ Cầu Phú Lơng tại thị Xã Hải Dơng, tỉnh Hải Dơng nằm trên Quốc lộ 5 di
490,7m, sơ đồ cầu: 2x37,4+64,75+2x102+64,75+2x37,4.
+ Cầu Sông Gianh Quốc lộ 1 Tỉnh Quảng Bình di 746,4m (37,4+58+90,6+
3x120+90,6+58+37,4).
+ Cầu Phù Đổng (cầu Đuống mới) Quốc lộ 1 (mới) tuyến H Nội Lạng Sơn
Huyện Gia Lâm H Nội di 929m sơ đồ cầu: 65+7x100+65 + 3x33 (m); gồm 9
nhịp liên tục thi công bằng phơng pháp đúc hẫng v 3 nhịp giản đơn thi công bằng
phơng pháp bán lắp ghép (PCI). Chiều rộng ton cầu 15m, phần cầu liên tục tiết
diện hình hộp (2 sờn) chiều cao thay đổi từ 6m (trên trụ) v 2,5m (giữa nhịp). Mặt
cầu sử dụng cốt thép UST. Gối cầu có sử dụng loại Semi-fixed (bán cố định) trên các
trụ P3, P4, P5, P6. Hon thnh tháng 12/2000.
+ Cầu Nh Nguyệt (Đáp cầu) - Quốc lộ 1 (mới) tuyến H Nội Lạng Sơn Thị Xã Bắc
Ninh Tỉnh Bắc Ninh di 428m, sơ đồ cầu: 4 x33 +65+100+65+2x33 (m); mặt cắt
ngang tơng tự nh Đuống. Hon thnh tháng 12/2000.
+ Cầu Hong Long (Hm Rồng) QL 1, qua sông Mã - Tỉnh Thanh Hoá nhịp chính
l cầu khung dầm liên tục 3 nhịp sơ đồ: 75 + 130 +75 (m) chiều cao dầm thay đổi từ
7,5m (trên trụ) đến 3,5m (tại giữa nhịp) v 2,75m (trên mố); chiều rộng ton cầu
12,8m. V một nhịp giản đơn di 49,4m, tiết diện hình hộp có chiều cao không thay
đổi (2,75m).

Hình 1-2. Cầu Sông Gianh Quảng Bình

Giáo trình Cầu BTCT 11
+ Ngoi ra còn có một số cầu lớn khác: Cầu Quán Hầu (Quảng Bình), sơ đồ cầu phần
đúc hẫng 64,84+2x102+64,84 (m); Cầu Bắc Giang (Thị xã Bắc Giang Tỉnh Bắc
Giang), sơ đồ cầu: 45+55+90+45+55(m).
Hiện nay chúng ta đang thi công Cầu Kiền Quốc lộ 10 Hải phòng dạng cầu dây văng thi
công bằng công nghệ lắp hẫng v chuẩn bị thi công cầu Cần Thơ qua sông Hậu có nhịp
chính 550m, cầu Bãi Cháy l cầu dây văng 1 mặt phẳng dây,
Công nghệ đúc đẩy: Cầu Mẹt Tuyến H Nội Lạng Sơn, Cầu Hiền Lơng vợt sông Bến Hải.

nhịp dẫn cầu Quán Hầu (Quảng Bình)
Ngoi việc xây dựng các cầu vợt sông, một trong những vấn đề đang quan tâm hiện nay l
thiết kế v thi công các cầu vợt trong các thnh phố lớn.
1.2. Phơng hớng phát triển
1. Nghiên cứu sử dụng vật liệu mới: Bê tông chất lợng cao (High Performance
Concrete-HPC) v Thép chất lợng cao (High Performance Steel - HPS), fiber-
reinforced polymer (FRP)
2. Kết cấu mới, kết cấu tối u.
3. Nghiên cứu các phơng pháp tính toán truyền thống để tính toán cho kết cấu mới v
các phơng pháp tính toán mới
4. áp dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin: Thiết kế tối u, tự động hoá thiết kế
5. Nghiên cứu, áp dụng các công nghệ thi công tiên tiến.
6. Định hình hoá (Dầm, mố, trụ), công nghiệp hoá sản xuất v cơ giới hoá thi công.

Hình 1-3. Cầu Phù Đổng
Giáo trình Cầu BTCT 12

1.3. Đặc điểm cơ bản của cầu BTCT
1.3.1. Vật liệu:
- Lm bằng BTCT ặ Sử dụng vật liệu địa phơng, cát, đá, XM l chủ yếu
- Thép & BT cùng lm việc: Thép chịu kéo l chủ yếu, cũng có khi chịu nén
1.3.2. Ưu điểm:
1. Sử dụng vật liệu rẻ tiền hơn so với khi sử dụng bằng thép
2. Độ bền cao:
- Sử dụng đợc lâu năm
- Cờng độ BT tăng theo thời gian
- ít chịu ảnh hởng của môi trờng, chịu lửa, không mục, không gỉ, ít bị ăn mòn.
3. Có độ cứng lớn, ít bị ảnh hởng của xung kích do hoạt tải, tiếng ồn nhỏ, dao động ít.
4. Có thể đúc kết cấu thnh hình dáng bất kỳ thoả mãn yêu cầu kiến trúc, mỹ thuật.
5. Tính ton khối (kết cấu nhịp đúc tại chỗ) tốt.

6. Chi phí duy tu bảo dỡng thấp
1.3.3. Nhợc điểm
1. Trọng lợng bản thân lớn, cấu tạo nặng nề, vận chuyển lao lắp khó khăn (không vợt
đợc những kỷ lục về nhịp của cầu thép)
2. Bê tông chịu kéo kém dễ bị nứt: Nhất l BTCT thờng hay bị nứt ặ gỉ cốt thép lm
hạn chế phạm vi sử dụng
iv

3. Thi công phức tạp: Chất lợng bị ảnh hởng bởi phơng pháp thi công, thời tiết;
thêm vật liệu lm ván khuôn.
4. Khó kiểm tra chất lợng công trình.

1.4. Phạm vi áp dụng
Đợc sử dụng rộng rãi đối với mọi loại kết cấu, đặc biệt l kết cấu chịu nén.
Cầu BTCTUST có thể kinh tế đối với nhịp nhỏ v trung bình, v thậm chí những nhịp trong
phạm vi 800ft (243,84m) đã từng đợc xây dựng ở Nhật Bản. Ngy nay cầu BTCTUST đã hầu
nh trở thnh dạng đợc a chuộng đối với nhịp ngắn, nhịp trung bình hơn cả cầu thép.
1.5. Các Tiêu chuẩn thiết kế
Trong phần giáo trình ny phần nội dung sẽ tuân theo v tham khảo một số quy trình sau:
+ Tiêu chuẩn Việt Nam: Quy trình Quy phạm kỹ thuật trong công tác xây dựng cơ
bản, tập II của Bộ giao thông Vận tải, số: 2057 QĐ/KT4 ngy 19 tháng 9 năm 1979.
+ Tiêu chuẩn AASHTO LRFD (American Association of State Highway and
Transportation Officials) 1998.
Giáo trình Cầu BTCT 13

+ Tiêu chuẩn xây dựng Cầu v Cống CHu 2.05.03-84.
+ Tiêu chuẩn của Pháp, của châu âu (Euro Code)
Bảng chuyển đổi đơn vị (U.S. Customary v Metric)
Bảng 1-1
Đại lợng Hệ Anh, Mỹ Hệ mét

Chiều di 1 In 25,4mm
1 ft 0,3048m
1 ft = 12 In
Tải trọng 10.000 Lb 44,48KN
20 tons 178KN
100 Lb/ft 1460 N/m
130 K/In 23,13 MN/m
6 psf 287,28 Pa
75 Lb/Sq.Ft 366 Kg/Sq.m
ứng suất
1000 psi 6,895Mpa

1Mpa = 10,2 Kg/cm
2

Trọng lợng trên đơn vị thể tích 100 Lb/Ft
3
1.602 Kg/m
3

Giáo trình Cầu BTCT 14

1.6. Hệ thống cầu dầm:
Đặc điểm của kết cấu dầm l dới tác dụng của tải trọng thẳng đứng trên nhịp tại các gối tựa
chỉ phát sinh thnh phần phản lực thẳng đứng
Các loại cầu dầm: Dầm giản đơn, dầm mút thừa, dầm liên tục.
1.6.1. Cầu dầm, cầu bản nhịp giản đơn
Nhận xét:
+ Chịu mô men một dấu (+)ặ bố trí cốt thép ở biên dới chịu uốn l chính
+ Trên trụ theo phơng dọc có 2 gối cầu.

Ưu điểm:
+ Tính toán thiết kế đơn giản hơn so với kết cấu siêu tĩnh
+ Bố trí cốt thép đơn giản
+ Không phát sinh nội lực phụ khi có sự lún không đều của mố trụ v sự thay đổi nhiệt
độ.
+ Dễ tiêu chuẩn hoá, có thể thi công bằng phơng pháp đổ tại chỗ, lắp ghép, bán lắp
ghép
Nhợc:
+ Tốn vật liệu,
+ Không vợt đợc nhịp lớn
Phạm vi áp dụng:
+ Đợc sử dụng rất rộng rãi, đặc biệt l với cầu nhiều nhịp
+ Cầu bản giản đơn BTCT thờng: Cầu ôtô: 3-6m; cầu Đờng sắt: 2-3m
+ Cầu bản giản đơn BTCTUST nhịp đến 18m (ô tô) v có thể lớn hơn.
+ Cầu dầm giản đơn, BTCT thờng, BTCTUST
Phạm vi áp dụng của cầu dầm giản đơn
BTCT thờng BTCTUST
Ô tô 7 - 20 (24)m 12 - 42m
Đờng sắt 1 15 m 12 30m
+ Hiện nay tại nớc ta đã xây dựng cầu dầm nhịp giản đơn tiết diện hình hộp di 49,4m
1.6.2. Cầu dầm mút thừa:
Sơ đồ cầu không có mố, không dầm treo, phần mút thừa lm đối trọng để giảm mô men dơng
của nhịp giữa Hình 1-4 a, b, c)
+ Chiều di nhịp chính: L=10-45m (BTCTUST L lớn hơn)
+ Chiều di của nhịp biên nhịp hẫng: L
k
= (0,3 0,4)L (Hình 1-4, a, b ); L
k
= (0,25
0,3)L (Hình 1-4, c )

+ Chiều cao dầm tại giữa nhịp: h = (1/12-1/20)L BTCT;
+ Chiều cao dầm tại vị trí trụ: H = (1 1,5)h; riêng dạng trên Hình 1-4, c H
2h;
v

Giáo trình Cầu BTCT 15

Cầu dầm mút thừa có dầm treo (Hình 1-4 d, e, g):
Chiều di nhịp đeo v nhịp biên:
+ Sơ đồ 3 nhịp: L
đ
= (0,4-0,6)L
2
; L
1
=(0,6-0,8)L
2

+ Nhiều nhịp có dầm treo: L
đ
= (0,5-0,6)L
2
; L
1
=(0,75-0,8)L
2
;
Chiều cao dầm:
+ h = (1/12 1/20)L
ữ (1/20 1/30) L BTCT; BTCTUST có thể (1/50

thậm chí 1/60)L
+ H= (1,5-1,8)h
Ưu:
+ So với kết cấu nhịp giản đơn cùng nhịp thì M ở giữa nhịp nhỏ vì có M ở gối ặ vợt
đợc nhịp lớn hơn (60-100-150
vi
m)
+ Có thể điều chỉnh nội lực một cách hợp lý hơn
+ Trên các trụ chỉ có một gối ặ chịu lực đúng tâm ặ trụ có thể nhỏ hơn
+ Hệ tĩnh định ặ không bị ảnh hởng do lún mố trụ
Nhợc:
+ Kết cấu có mô men 2 dấu ặ bố trí cốt thép phức tạp hơn
+ Có cấu tạo khớp v mút thừa ặ đờng đn hồi gãy khúc ặ gây ra lực xung kíchặ
xe chạy không đợc êm thuận
+ Thi công phức tạp hơn (cấu tạo ván khuôn, lao lắp)
Phạm vi áp dụng: (60-100)m có thể lớn hơn nhng khi đó nhịp giản đơn sẽ không còn tính
kinh tế nữa (L
đ
> 42m). Hiện nay đờng cao tốc rất ít sử dụng.
l k
k = (0,3 - 0,4)L
L =(0,6-0,8)L
L
L =(0,4-0,6)L
L
a)
d)
L =(0,4-0,6)L
L
L = (0,8-0,9)L

e)
0,3L
h
H
b)
h
h
L K
k=(0,3-0,4)Lho=(1-1,5)h
c)
h
h
h = 2h
L K
K=(0,25-0,3)L
g)
L =(0,75-0,8)L
L L L L
L =(0,5-0,6)L
K L L = 2K L K
K
K =(0,3-0,4)L
K = đến 2L
h)
Đối trọng
n
1
0
0
0

11 2
2
2
2
1
2
2
12
22
n
n
22
1
1
2
22
1
1
11
21

Hình 1-4. Sơ đồ kết cấu nhịp cầu dầm mút thừa
Giáo trình Cầu BTCT 16

1.6.3. Cầu dầm Liên tục:
Trờng hợp đổ tại chỗ theo quan điểm về phân bố mô men uốn trong kết cấu:
+ Cầu 3 nhịp: chiều di nhịp biên L
2
= (0,75ữ0,8)L
1

(Jacques Mathivat
vii
), hoặc L
2
=
(0,8
ữ0,9)L
1
(Nazarenko
viii
)
+ Cầu 5 nhịp: L
3
: L
2
: L
1
= 0,65 : 0,9 : 1,00 (Nazarenko)
Trờng hợp cầu đợc thi công theo công nghệ đúc hẫng với sơ đồ nhịp:
- Đối với các nhịp biên có chiều cao không thay đổi:
+ L
2
= 0,75L
1
=(L
1
+L
3
)/2; L
3

=2L
2
-L
1
= 0,5L
1
; L
4
=(0,62-0,65)L
3
;
+ L
1
Chiều di nhịp chính (có thể có nhiều nhịp chính);
+ L
2
chiều di nhịp chuyển tiếp;
+ L
3
chiều di nhịp có chiều cao không đổi;
+ L
4
: Chiều di nhịp sát mố
- Tất cả các nhịp có chiều cao thay đổi:

+ L
2
= (0,65-0,7)L
1

Tỷ lệ chiều cao v chiều di nhịp:
+ Chiều cao trên trụ: H = (1/15-1/20)L
1
; Tốt nhất (1/17-1/18)L;
+ Chiều cao dầm tại giữa nhịp: h =(1/30-1/40)L
1
; thậm chí theo Jacques Mathivat tỷ số
ny có thể giảm đến (1/60)L
1
ix

; tốt nhất (1/36)L
1
; không đợc nhỏ hơn 2m để đảm
bảo việc thi công dễ dng, thuận tiện cho công tác duy tu bảo dỡng
x

+ Chiều cao dầm trên mố (1/22ữ1/33), tốt nhất 1/27 v 2m.
+ Đối với tiết diện có chiều cao không đổi thi công bằng: đúc đẩy H/L = (1/15-1/17)-
tốt nhất 1/16; Đúc hẫng: H/L = (1/17-1/20); tốt nhất: 1/18
Các kích thớc khác xem phần 7.3.3
Ưu điểm:
+ Mô men nhỏ hơn so với dầm giản đơn cùng nhịp ặVợt đợc nhịp lớn hơn.

Hình 1-5. Cầu liên tục nhịp biên có chiều cao không thay đổi

Hình 1-6. Cầu liên tục có chiều cao thay đổi
Giáo trình Cầu BTCT 17

+ Độ cứng lớn ặ độ võng nhỏ hơn, vợt đợc nhịp lớn, ít trụ, thoát nớc tốt, phù hợp

với sông có cấp thông thuyền lớn
+ Trên các trụ chỉ có một gối ặ trụ chịu lực đúng tâm ặ trụ nhỏ
+ ít khe biến dạng, trong phạm vi dầm liên tục đờng đn hồi không gãy khúc ặ xe
chạy đợc êm thuận hơn.
Nhợc điểm:
+ Dễ có ứng suất phụ do lún trụ, mố không đều, do thay đổi nhiệt độ, do co ngót, từ
biến của bê tông ặ ứng dụng nơi địa chất tốt.
+ Cấu tạo phức tạp
+ Thi công khó khăn hơn
Phạm vi áp dụng: 60-150 (200m, 300m)
1.7. Hệ thống cầu khung
Trong cầu khung, kết cấu nhịp v trụ liên kết cứng với nhau, vì vậy kết cấu nhịp v trụ cùng
đồng thời lm việc chịu uốn. Vì phát sinh mô men uốn trong mặt cắt ngang của trụ cầu lm
giảm độ lớn của mô men dơng trong kết cấu nhịp, nhờ vậy cầu khung so với cầu dầm giảm
đợc chiều cao xây dựng, giảm đợc khối lợng của BT trong kết cấu nhịp.
Trụ của cầu khung lm việc chịu nén v chịu uốn ặ yêu cầu cốt thép chịu lực ặ việc xây
dựng chúng l phức tạp so với trụ nặng v trụ BTCT của cầu dầm.
Trong những cầu bằng BTCT trên đờng ô tô, có thể áp dụng những dạng sau: (Hình 1-7)
Đối với cầu khung trụ nhẹ (Hình 1-7. a, d, e) đặc trng l chiều dy trụ (dọc theo nhịp) không
lớn do sự lm việc hợp lý của chúng trong công trình, ở đây cần thiết đảm bảo hình dáng đẹp
xi

+ Cầu 1 nhịp không khớp với trụ nhẹ (Hình 1-7. a): h/L =(1/15-1/20); chiều rộng của
trụ theo mặt chính (1/10-1/15)h, Phạm vi áp dụng 30-40m; Khi liên kết giữa trụ v
bệ móng l khớp: h/L =(1/15-1/20); chiều rộng của trụ theo mặt chính phía dới
bằng (1/22)h
trụ
, phía trên bằng (1/10-1/15)h
trụ
; Phạm vi áp dụng 20-30m;

+ Cầu 1 nhịp kiểu cổng không khớp v có khớp (Hình 1-7. b, c): h/L =(1/20-1/22);
chiều rộng của trụ theo mặt chính (1/5-1/10)h
trụ
xii
; Phạm vi áp dụng 10-25m;
+ Cầu nhiều nhịp không khớp với trụ nhẹ (Hình 1-7. d), chiều di của một liên không
lớn hơn 50-70m. Hình 1-7. e thể hiện cầu khung trụ nhẹ liên kết khớp với bệ v có
dầm treo.
Theo Nazarenko đối với cầu không ứng suất trớc thì h/L=(1/14-1/35) phụ thuộc vo sơ đồ
tĩnh học, tải trọng, mác bê tông, v chiều rộng của trụ b =(1/10 1/15)h
t

xiii
h
t
- chiều cao của
trụ. Phạm vi áp dụng L=10-30m
xiv
.

Gi¸o tr×nh CÇu BTCT 18


CÇu khung BTCTUST
xv
(H×nh 1-8.b): h/L = (1/30-1/50)
xvi
thËm chÝ (1/50-1/68)
xvii
; L

®
= (0,3-
0,4)L
xviii
thËm chÝ (1/2-1/5)L
xix
; L = (60-140)m; H=(1/15-1/20)L;
Theo mét sè tμi liÖu cña c¸c n−íc c«ng nghiÖp
xx
cÇu hÖ khung khíp cã chiÒu cao thay ®æi thi
c«ng b»ng ph−¬ng ph¸p ®óc hÉng (H×nh 1-8. a ): Trªn trô H
p
/L
1
=(1/15-1/20) tèt nhÊt (1/17);
Gèi cÇu Gèi cÇu
a)
b)
d)
c)
Kh«ng lín h¬n 50-70m
2
1
1
1
e)

H×nh 1-7 – CÇu khung b»ng BTCT (1. Khíp; 2. Khe nèi) d. Kh«ng lín h¬n 50m-70m

H×nh 1-8. S¬ ®å cÇu khung liªn kÕt b»ng khíp – Khung T dÇm treo (a. cÇu

khung c«ng xon; b. khung T dÇm treo; CÇu khung trô nghiªng; 1. khíp)

Giáo trình Cầu BTCT 19

Trên mố: H/L=(1/27-1/35) tốt nhất 1/30 v 1,7m; Giữa nhịp h/L=(1/40-1/60) tốt nhất 1/49
(hoặc=(1/3)H
p
)v 1,5m.
Nhận xét:
Ưu điểm: Cầu khung có độ cứng lớn ặ độ võng nhỏ ặ vợt đợc nhịp lớn.
Nhợc điểm:
+ Cấu tạo, thi công phức tạp.
+ Kết cấu siêu tĩnh ặ dễ phát sinh nội lực phụ do các ảnh hởng khác.
1.8. Hệ thống cầu Vòm:


Có đờng xe chạy trên, giữa, dới; vòm cứng, vòm mềm
Đặc điểm:
+ Phản lực có lực xô ngang (khi không có thanh căng), vòm chịu lực nén l chủ yếu
+ Có nhiều loại: không khớp, 2 khớp, 3 khớp
Ưu điểm:
+ Hình thức đẹp ặ thoả mãn yêu cầu mỹ quan.
+ Vợt đợc nhịp lớn: 90 100m; đã xây cầu L=420m (năm 1996); khả năng 400-
500m
Nhợc điểm:
+ Có lực xô ngang ặ mố trụ phức tạp
+ Thi công phức tạp, khó tiêu chuẩn hoá ặ ít dùng
1.9. Hệ Liên hợp v cầu treo:
Nhóm 1: Đợc tạo thnh từ những hệ thống đơn giản:

Hình 1-9. Sơ đồ hệ thống cầu vòm (đờng xe chạy trên, giữa, dới; a. không khớp. b. hai khớp.
c. ba khớp)
Giáo trình Cầu BTCT 20

+ Dầm v vòm: dầm cứng v vòm mềm (Hình 1-11.a, c), loại có lực đẩy ngang (Hình
1-11.c) hoặc không có lực đẩy ngang (Hình 1-11.a, b)
+ Dầm v hệ treo: Dầm đợc treo bằng dây cáp mềm xiên hay đứng (Hình 1-11.d, f).
+ Vòm v khung: dạng vòm công xon với đờng xe chạy trên (
Hình 1-11
.e).
Nhóm 2: Đợc tạo thnh từ những hệ thống đơn giản v có những bộ phận tăng cờng
+ Hệ thống vòm: Vòm cứng v thanh treo mềm thẳng đứng hoặc xiên - có lực xô
ngang (Hình 1-11.d) hay không có lực xô ngang (Hình 1-11.a, b, c).
+ Hệ thống dầm m ở đó chúng đợc tăng cờng thanh xiên cứng (Hình 1-11.e) hay
l mềm cầu treo dây văng (Hình 1-11. g, h)
Cầu treo dây văng:
+ Đặc điểm: Dầm vừa chịu uốn v nén
+ Ưu: Có thể điều chỉnh trạng thái US, biến dạng trong quá trình lắp ráp & có thể
ngay trong cả giai đoạn khai thác
+ Có độ cứng lớn hơn (So với cầu treo Parabol) vì không biến dạng hình học của
dây
+ Thi công không cần gin giáo
+ Phạm vi áp dụng: Vợt nhịp 200 300m (hoặc lớn hơn)

f)

Hình 1-10. Sơ đồ hệ thống cầu liên hợp nhóm 1

Hình 1-11. Sơ đồ kết cấu nhịp của hệ thống liên hợp nhóm 2

Giáo trình Cầu BTCT 21

1.10. Hệ thống cầu dn BTCT:
Ưu: Giảm trọng lợng bản thân & v giảm khối lợng vật liệu
Nhợc: thanh chịu kéo ặ nứt ặ bất lợi. Thi công khó khăn, không cơ giới hoá đợc
Dn có biên song song: h/L=1/8 1/10
Dạng gãy khúc hoặc cong: (1/7-1/8)L tại giữa nhịp
Hiện nay hầu nh không lm, chỉ còn tồn tại một số cầu đợc xây dựng từ thời Pháp thuộc tại
đồng bằng sông cửu long



Hình 1-12. Hệ thống cầu dn có biên song song
Cần thơ
Sóc
Trăng
A
A
8 Cọc BTCT kích thớc 30x30cm
A - A
20
30
75
16

Hình 1-13. Cầu Đầu Sấu Km 2074+861 QL ! Cần Thơ - Kết cấu nhịp dn mút thừa BTCT
Giáo trình Cầu BTCT 22

2. Vật liệu dùng trong cầu Bê tông
cốt thép

2.1. Bê tông
2.1.1. Yêu cầu chung
L loại BT nặng =1.800-2500Kg/m
3

Mác BT
21
>= 150, 200 600; Hiện nay ngời ta đã chế tạo đợc các bê tông có cờng
độ 20.000psi (
1.400Kg/cm
2
) v đang nghiên cứu loại bê tông đạt tới cờng độ
26.000psi (
1.800Kg/cm
2
)
22

Phải đảm bảo đúng mác bê tông, đáp ứng các điều kiện cờng độ v trong những
trờng hợp cần thiết bảo đảm chịu nớc ăn mòn, không thấm nớc, dùng loại xi măng
ít co ngót, đông cứng nhanh, tự đầm
Bê tông chất lợng cao theo định nghĩa của Viện bê tông Mỹ (ACI) l: loại bê tông
m có hiệu suất đặc biệt v cùng đồng thời thoả mãn yêu cầu m không thể có đợc
bằng những thnh phần thông thờng, những phơng pháp trộn thông thờng v những
cách thức bảo dỡng thông thờng. Những yêu cầu về bê tông chất lợng cao có thể
bao gồm những yếu tố nổi bật sau:
ắ Dễ đổ v hoá cứng không ảnh hởng đến cờng độ.
ắ Những tính chất cơ học di hạn.
ắ Sớm đạt cờng độ cao.
ắ Độ bền cao.

ắ ổn định thể tích.
ắ Tuổi thọ cao trong môi trờng lm việc.
2.1.2. Một số tính năng cơ lý của bê tông
2.1.2.1. Cờng độ
23

Mác BT l cờng độ chịu nén của mẫu thử (15x15x15cm)
Cờng độ chịu nén dọc trục (lăng trụ) R
np
(R
lt
)
Cờng độ chịu nén khi uốn R
u

Cờng độ chịu kéo R
pn
(R
k
)
Cờng độ chịu cắt khi uốn R
ck

theo QT 79 thì có 12 loại cờng độ của bê tông xem Phụ lục 2 trang 251
Các yếu tố ảnh hởng đến cờng độ của BT
1. Thời gian, môi trờng: Cờng độ tăng lên theo thời gian, 28 ngy đầu thì tăng nhanh v
sau chậm dần (kéo di đến 20 năm lúc đó cờng độ tăng 2,5 - 3 lần); trong điều kiện thuận
Giáo trình Cầu BTCT 23

lợi (nhiệt độ dơng, độ ẩm lớn) cờng độ BT tăng trong nhiều năm; không thuận lợi (khô

hanh hoặc nhiệt độ thấp) sự tăng cờng độ BT trong thời gian sau ny l không đáng kể.
Công thức xác định cờng độ bê tông theo Thời gian:
tR
t
RR
t
lg7,0
28lg
lg
2828
=
2. Độ chặt khít của bê tông cng lớn thì cờng độ của bê tông cng cao. Cờng độ của bê
tông phụ thuộc thnh phần cấp phối, tỷ lệ nớc/xi măng
, đầm nén v bảo dỡng bê tông
2.1.2.2. Biến dạng của BT
Bê tông l vật liệu đn hồi dẻo ặ có cả biến dạng đn hồi (

đh
) v biến dạng dẻo (
d
), các
biến dạng ny phụ thuộc vo tính chất v thời gian tác dụng của tải trọng (Hình 2-1).
Biến dạng cực hạn của bê tông (

ch
) tại thời điểm mẫu bị phá hoại tơng ứng với cờng độ chịu
nén l R
ch
.
Khi gia tải đến một mức no đó (

b
,
b
) rồi giảm tải, biến dạng của BT không phục hồi hon
ton, đờng cong giảm tải không trở về gốc, ta có

b
=
đh
+
d
;
Biến dạng cực hạn: khi chịu nén trung tâm, đạt tới trị số (0,8
ữ3)10
-3
, thờng lấy trung bình
2.10
-3
. Trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn đạt tới (2ữ4,5)10
-3
trung bình

3,5.10
-3
trị số ny
tăng khi chiều cao vùng nén giảm
24
. Khi chịu kéo chỉ bằng khoảng (1/20ữ1/10) so với chịu
nén, trung bình 1,5.10

-4
.
Tính co ngót: Bê tông giảm thể tích khi đông cứng trong không khí. Sự co đó do đá xi măng
gây ra. Khi đông cứng trong nớc thể tích tăng lên, mức độ nở bằng 1/5-1/2 mức độ co ngót
ặ ảnh hởng đến kết cấu siêu tĩnh. Biến dạng tỷ đối về co ngót có thể đạt trị số trung bình
2
ữ4ì10
-4
.
Từ biến: Khi bê tông chịu tác động của tải trọng di hạn, biến dạng dẻo tăng lên tính chất đó
gọi l từ biến; 3 - 6 tháng đầu tăng nhanh, 4-5 năm sau tăng nhỏ ặ không tăng nữa. Tác hại:
tăng độ võng của kết cấu nhịp, gây nên sự phân bố lại nội lực; ví dụ tăng ứng suất trong cốt
thép, giảm ứng suất trong bê tông nhất l trong kết cấu siêu tĩnh.
Biến dạng nhiệt: Đây l loại biến dạng thể tích do nhiệt độ thay đổi. Giá trị trung bình của hệ
số giãn nở vì nhiệt của bê tông vo khoảng 1
ì10
-5
/độ

Hình 2-1. Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng của BT
Gi¸o tr×nh CÇu BTCT 24

2.1.2.3. M« ®uyn ®μn håi (nÐn) vμ m« ®uyn c¾t:
M« ®uyn ®μn håi cña bª t«ng phô thuéc vμo m¸c bª t«ng
M« ®un ®μn håi ban ®Çu vμ m« ®un c¾t ban ®Çu cña bª t«ng
B¶ng 2-1
M« ®un ®μn håi ban ®Çu vμ m« ®un c¾t ban ®Çu cña bª t«ng (kg/cm
2
)
víi nh÷ng sè hiÖu bª t«ng

D¹ng chÞu lùc
cña bª t«ng
Ký
hiÖu
150 200 250 300 400 500 600
Khi nÐn E
b
230000 265000 290000 315000 350000 380000 400000
Khi c¾t G
b
92000 105000 115000 125000 140000 150000 160000