Bài giảng kỹ thuật hạ tầng giao thông chương 7 cầu

Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
1
1/56
CHƯƠNG 7. CẦU (bridge)
7.1 Khái niệm
Cầu là loại công trình vượt qua phía trên chướng ngại vật như sông suối, khe
núi. Thung lũng sâu, các tuyến đường khác hoặc các khu vực phải duy trì bình
thường các hoạt động xã hội như sản xuất, giao thông, thương mại…
2/56
7.2 Các bộ phận và kích thước cơ bản của công trình cầu
7.2.1 Kết cấu nhịp
(span)
Bộ phận trực tiếp mang đỡ hoạt tải và vượt qua khoảng cách chướng ngại vật
Sơ đồ cầu
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
2
3/56
7.2.2 Mố cầu và Trụ cầu (Abutment & Piers)
Bộ phận kê đỡ kết cấu
nhịp, tiếp nhận toàn bộ tải
trọng và truyền xuống nền
đất qua kết cấu móng.
Nếu được xây dựng ở
phía trong thì gọi là trụ,
xây dựng ở hai đầu cầu thì
gọi là Mố. Mố còn có
nhiệm vụ nối tiếp giữa
đường với cầu.
Như vậy một kết cấu 1
nhịp có thể không có trụ
mà ch

ỉ có 2 mố.
Cũng có TH cầu không có mố mà KCN được
kéo dài một đoạn mút thừa để nối vào nền
đường đắp đầu cầu
4/56
7.2.3 Các mức nước (water level)
MNLS: Mức nước lịch sử, là mức nước lớn nhất người ta điều tra được
MNCN: Mức nước cao nhất, là kết quả tính toán ứng với một tần suất quy định (1%
hay 2%). Nếu nói: MNCN ứng với tần suất thiết kế 1% có nghĩa là MN của cơn lũ mà
100 năm mới xuất hiện một lần.
MNTN: Mức nước thấp nhất, đượ
c đo trong mùa cạn và ứng với một tần suất quy
định (1% hay 2%), căn cứ vào MNTN để bố trí nhịp thông thuyền.
MNTT: Mức nước thông thuyền, là mức nước cao nhất cho phép tàu bè qua lại,
thường lấy với tần suất 5%, từ mức nước này xác định được chiều cao khổ gầm
cầu của nhịp thông thuyền.
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
3
5/56
7.2.4 Các kích thước cơ bản của cầu (1/3)
- L: chiều dài toàn cầu, là khoảng cách từ đuôi mố này đến đuôi mố kia.
-
l: chiều dài nhịp, là khoảng cách giữa tim của hai trụ.
-
ltt: chiều dài nhịp tính toán, là khoảng cách giữa tim các gối kê nhịp
-
l0: chiều dài nhịp tĩnh, là khoảng cách từ mép trụ này tới mép trụ kia
(hoặc mố) xác định tại mức nước cao nhất.
1: Kết cấu nhịp; 2: Trụ; 3: Mố; 4: Móng
6/56

∑
0
l
khẩu độ thoát nước của cầu, là tổng của các nhịp tĩnh. Trường
hợp cầu có mố vùi thì mức nước cao nhất không tiếp xúc với tường thân mố, do
đó thay vì nhịp tĩnh sát mố khẩu độ thoát nước sẽ được lấy với trung bình cộng
của hai trị số tương ứng MNCN và MNTN
- Hc: chiều cao cầu, là khoảng cách từ MNTN tới mặt cầu. Nếu là cầu
vượ
t hoặc cầu cạn thì tính từ mặt đường hoặc mặt đất bên dưới.
7.2.4 Các kích thước cơ bản của cầu (2/3)
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
4
7/56
∑
0
l
- hkt: chiều cao kiến trúc, là khoảng cách từ đáy của KCN đến mặt cầu.
-
H: chiều cao khổ gầm cầu, là khoảng cách từ MNCN đến đáy KCN, để
đảm bảo cây trôi không va đập và mắc nghẽn. Nếu là cầu vượt thì được tính từ
mặt đường bên dưới đến đáy KCN.
7.2.4 Các kích thước cơ bản của cầu (3/3)
8/56
7.3 Phân loại cầu (bridge type)
1. Phân loại theo chướng ngại vật phải vượt qua
2. Phân loại theo khẩu độ
3. Phân loại theo mục đích sử dụng
4. Phân loại theo vị trí đường xe chạy
5. Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp

6. Phân loại theo sơ đồ tĩnh học
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
5
9/56
1. Phân loại theo chướng ngại vật phải vượt qua
1.1 Cầu qua sông:
Cầu
Tháp
(London,
Anh)
10/56
1.2 Cầu qua đường (cầu vượt): cầu bắc qua tuyến đường khác giao cắt ngang
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
6
11/56
1.3 Cầu cạn hay cầu dẫn: là cầu được xây dựng ngay trên mặt đất nhằm dẫn
lên một cầu chính hoặc nâng cao độ tuyến đường lên để giải phóng không gian
bên dưới.
Cầu cạn
Milau
(Pháp)
bắc qua
thung
lũng
sông
Tarn gần
Milau,
phía nam
nước
Pháp

12/56
1.4 Cầu vượt biển:
Cầu vịnh Giao Châu là cây cầu vượt biển dài nhất thế giới tại vịnh Giao Châu,
thành phố Thanh Đảo, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc. Cây cầu có tổng chi phí
xây dựng lên tới 2,3 tỷ USD và dài 41,58 km này nối liền trung tâm thành phố
Thanh Đảo với huyện Hoàng Đảo.
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
7
13/56
1.5 Cầu cao: là loại cầu có chiều cao trụ rất lớn được bắc qua các thung lũng
sâu.
Cầu
Milau
(Pháp)
Là cây
cầu cao
nhất
thế giới
với
đỉnh
cao
nhất
một cột
là
343m
14/56
2. Phân loại theo khẩu độ
Cầu lớn: L > 100m hoặc có nhịp l ≥ 30m
Cầu trung: L = 25 - 100m
Cầu nhỏ : L < 25 m

Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
8
15/56
3. Phân loại theo mục đích sử dụng
-Cầu đường bộ
-Cầu đường sắt
-Cầu bộ hành
-Cầu hỗn hợp
-Cầu thành phố
-Cầu tàu (dùng ở các
bến cảng)
-Cầu phao (quân sự)
-Cầu đặc biệt (dùng
để dẫn dầu khí, dẫn
nước, dẫn cáp điện…)
Cầu phao (mục đích quân sự, tính cơ động cao)
16/56
4. Phân loại theo vị trí đường xe chạy
-Cầu có đường xe chạy trên
-Cầu có đường xe chạy dưới
Cầu Lupu, Thượng Hải, Trung Quốc, khánh
thành năm 2003 là cầu vòm lớn nhất thế giới với
tổng chiều dài cầu 3900m, nhịp lớn nhất là 550m
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
9
17/56
5. Phân loại theo vật liệu (Bridge types by material)
Cầu đáxây.
Cầu gỗ.
Cầu thép và cầu kim loại

Cầu bê tông cốt thép.
Cầu BTCT dựứng lực.
Cầu liên hợp thép+BTCT
Cầu gỗ
(cầu Thê Húc,
Việt Nam, xây
dựng năm 1865)
Cầu vòm đá
(cầu Carvalha,
Bồ Đào Nha)
18/56
6. Phân loại cầu theo sơ đồ tĩnh học
(structure type)
Theo sơ đồ tĩnh học của kết cấu chịu
lực chính có thể phân chia công trình
cầu thành hệ thống sau:
-Cầu dầm
-Cầu dàn
-Cầu vòm
-Cầu liên hợp
-Cầu treo
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
10
19/56
6.1 Cầu dầm (beam bridge)
Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng KCN làm việc chịu uốn và chỉ truyền
áp lực thẳng đứng xuống mố trụ. Hệ thống cầu dầm bao gồm:
a) Cầu dầm đơn giản (beam bridge);
b) Cầu dầm liên tục (continuous beam bridge);
c) Cầu dầm mút thừa (cantilever bridge)

20/56
Cầu dầm liên tục (cầu Vĩnh Tuy, Hà Nội, Việt Nam, khánh thành năm
2009, tổng chiều dài cầu 3690m, mặt cầu rộng 38m)
6.1 Cầu dầm (beam bridge)
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
11
21/56
6.1 Cầu dầm (beam bridge)
Cầu dầm mút thừa qua vịnh Forth (Scotland) nhịp 521m (năm 1890)
22/56
6.2 Cầu dàn (frame bridge)
Cầu dàn: KCN và trụ liên kết cứng với nhau tạo thành khung,
cùng tham gia chịu lực dưới dạng một kết cấu thống nhất
Sơ đồ cầu khung dàn
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
12
23/56
Cầu dàn thép. (cầu Hàm Rồng, Thanh Hóa, Việt Nam, khánh thành năm
1964, gồm 2 nhịp dầm thép)
6.2 Cầu dàn (frame bridge)
24/56
Cầu dàn thép (cầu Long Biên, Hà Nội, Việt Nam, do Pháp xây dựng từ
1899-1902, chiều dài cầu 1862m)
6.2 Cầu dàn (frame bridge)
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
13
25/56
Cầu quay (swing bridge)
Cầu quay sông Hàn (ĐàNẵng)
26/56

Cầu vòm có thể có dạng 3 khớp, 2 khớp hoặc vòm không khớp. Đặc điểm của
cầu hệ vòm là tại vị trí chân vòm luôn xuất hiện thành phần phản lực theo
phương nằm ngang (lực xô).
6.3 Cầu vòm (arch bridge)
Sơ đồ cầu vòm
Cầu vòm
có đường
xe chạy
trên
Cầu vòm
có đường
xe chạy
dưới
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
14
27/56
6.3 Cầu vòm (arch bridge)
Cầu vòm thép.
Cầu Hàm Rồng
cũ, Thanh Hóa,
Việt Nam, do
Pháp xây dựng
năm 1904. Là
cầu vòm thép
không có trụở
giữa. Cầu bị
phá hủy trong
cuộc chiến
tranh kháng
chiến chống Mỹ

28/56
Cầu liên hợp là loại cầu được kết hợp từ các hệ đơn giản hoặc hệ đơn
giản được tăng cường các bộ phận chịu lực. Bằng cách đó người ta có thể tạo ra
những KC chịu lực hợp lý và có hiệu quả về các phương diện kinh tế, kỹ thuật
đặc biệt trong các trường hợp nhịp lớn
6.4 Cầu liên hợp (conjugated bridge)
Cầu liên hợp dầm vòm
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
15
29/56
Cầu dầm công xôn kết hợp dây văng
30/56
Cầu treo (cầu treo dây văng, cầu treo dây võng) là loại kết cấu
trong đóbộ phận chịu lực chính là dây làm việc chịu kéo. Dưới tác
dụng của hoạt tải hệ dầm mặt cầu và dây cùng làm việc như một hệ
liên hợp
Cầu treo có ưu điểm là có thể vượt nhịp lớn và hiệu quả kinh tế cao
6.4 Cầu treo (suspension bridge)
Sơ đồ cầu treo dây văng (cable - stayed suspension bridge)
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
16
31/56
6.4 Cầu treo (suspension bridge)
Sơ đồ cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)
32/56
6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)
Cầu treo dây võng (cầu Ambassador, Mỹ, 1929) vượt nhịp 564 m
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
17
33/56

Cầu treo dây võng (cầu G.Washington, New York, Mỹ, 1932) vượt nhịp 1067 m
6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)
34/56
6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)
Cầu treo dây võng (cầu Cổng vàng, San Francisco, Mỹ, 1937) vượt nhịp 1280 m
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
18
35/56
6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)
Vụ sập cầu treo Tacoma nhịp 853 (Mỹ)
năm 1940 sau khi công trình hoàn thiện 6 tháng
36/56
6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)
Cầu treo Verrazano Narrow, New York, 1964. Vượt nhịp 1298,45m
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
19
37/56
6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)
Cầu treo Humber ở Anh vượt nhịp 1410m năm 1981
38/56
6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)
Cầu treo Akashi Kaikyo, Nhật Bản, 1988-1998, bắc qua eo biển Akashi. Tổng
chiều dài 3911m.
Cầu lập kỷ lục thế kỷ XX với chiều dài nhịp chính dài 1991m.
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
20
39/56
6.4.2 Cầu treo dây văng (cable stayed suspension bridge)
Cầu treo Normandie bắc qua sông Seine, Pháp, 1988-1995, nhịp chính dài 856 m
40/56

6.4.2 Cầu treo dây văng (cable stayed suspension bridge)
Cầu treo Tatara, Nhật Bản, 1999. Nhịp chính dài 890 m là nhịp cầu treo dây văng
dài nhất thế kỷ XX
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
21
41/56
6.4.2 Cầu treo dây văng (cable stayed suspension bridge)
Cầu treo dây văng. Cầu Mỹ Thuận, Vĩnh Long, Việt Nam, 1997- 2000.
Nhịp chính dài 350m. Cầu dài 1535,2 m. Phần cầu dẫn 875,2m gồm 22 nhịp
42/56
Cầu treo dây văng. Cầu Phú Mỹ, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam. Thời gian
thi công: 2005 – 2009. Cầu có nhịp dây văng dài 705 m, nhịp cầu dẫn dài
1396 m, chiều rộng mặt cầu 27,5m.
6.4.2 Cầu treo dây văng (cable stayed suspension bridge)
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
22
43/56
Cầu Thuận Phước được khởi công xây dựng vào năm 2003 với vốn đầu tư gần 1000
tỷ đồng. Công ty CP TVXD 533 liên danh với Viện Thiết kế cầu đường số 2 Trung
Quốc thiết kế. Công ty Cơ khí XDCT 623 và TCTy Xây dựng CTGT 6 là nhà thầu
chính. Cầu khánh thành ngày 19 tháng 7
năm 2009.
Cầu Cầu
Thuận
Phước, Đà
Nẵng, Việt
Nam.
44/56
Cầu dài 1856 m (dài hơn cầu Mỹ Thuận 300m) và là cầu treo dây võng dài nhất
Việt Nam. Chiều rộng cầu: 18m. Số làn xe: 4 làn; Trọng tài: 13 tấn; Độ tĩnh

không thông thuyền: 27 m; Số lượng trụ tháp: 2; Độ cao tháp trụ: 80m tính từ
bệ cọc; Khoảng cách giữa 2 trụ: 405 m
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
23
45/56
6.5 Mặt cầu (deck)
46/56
Kết cấu mặt cầu bằng gỗ
6.5 Mặt cầu (deck)
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
24
47/56
Kết cấu mặt cầu bằng thép tấm
6.5 Mặt cầu (deck)
48/56
6.5 Mặt cầu (deck)
Kết cấu mặt cầu có máng đá dăm
Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 7
25
49/56
Gối con lăn (Roller bearings)
6.6 Gối cầu (bearing of bridge)
Gối chậu (Pot bearings)
Gối cầu là thiết bị rất cần thiết cho công trình cầu đường, đảm bảo độ êm thuận
khi truyền lực từ dầm xuống xà mũ hoặc đỉnh trụ, tùy vào thiết kế từng loại cầu
và loại tải trọng mà có các loại gối cầu khác nhau.
50/56
Gối cao su cốt bản thép cố định
Gối cao su di động
(Electrometric Laminated bearings)