Công trình nhân tạo: Cơ sở tổng luận cầu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU

CHƯƠNG 1
CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU
§1. CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG
Công trình nhân tạo (CTNT) trên đường là những sản phẩm do con người làm ra
nhằm đảm bảo sự liên tục của tuyến đường để các phương tiện giao thông qua lại thông
suốt. CTNT trên đường khái niệm chung thể hiện các công trình xây dựng gồm:
- Những công trình vượt qua các chướng ngại vật thiên nhiên như sông, suối, thung
lũng, v.v… trên tuyến giao thông đường ôtô, đường sắt hoặc vượt qua một tuyến
giao thông khác.
- Những công trình chắn đất như: tường chắn, kè, v.v…
Các CTNT chiếm 10 – 15% giá thành xây dựng đường ôtô. Tại những nơi tuyến
đường qua miền núi cao, sông lớn, giá thành công trình còn tăng lên nhiều.
→ Vì vậy việc chọn loại công trình thích hợp, thiết kế đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ
thuật có ý nghĩa rất lớn trong việc hạ giá thành xây dựng.
Do ý nghĩa của các CTNT đối với việc đảm bảo giao thông thông suốt của các
tuyến đường, phục vụ sự giao lưu vận tải hành khách và hàng hoá nên vai trò của chúng
rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội cũng như đảm bảo an ninh
quốc phòng. Từ đó đặt ra vấn đề thiết kế, xây dựng và duy tu bảo dưỡng các công trình
phải đạt được chất lượng cao và đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Các CTNT chủ yếu bao gồm: cầu, các công trình thoát nước nhỏ, tường chắn và
hầm.
1.1. CẦU.
Cầu là công trình đề vượt qua dòng nước, qua thung lũng, qua đường, qua các
khu vực sản xuất hoặc các khu thương mại.

Công trình cầu
CÁC CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ.
Đường tràn là công trình vượt sông, có mặt đường nằm gần cao độ đáy sông.
Vào mùa khô, nước được thoát bằng hệ thống cống bố trí bên dưới. Vào mùa mưa, nước

chảy tràn qua mặt đường nhưng xe cộ vẫn đi lại được.
Đường tràn áp dụng cho dòng chảy có lưu lượng nhỏ, lũ xảy ra trong thời gian
ngắn.
1.2.

Công trình đường tràn
Cầu tràn là loại công trình được thiết kế dành một lối thoát nước dưới đường, đủ
để dòng chảy thông qua với một lưu lượng nhất định. Khi vượt quá lưu lượng này, nước
sẽ tràn qua đường.

Công trình cầu tràn
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[1]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU
Thông thường cầu tràn được thiết kế dưới dạng cầu bản định hình có khẩu độ
L≤6m. Loại phổ biến là dạng cầu bản mố nhẹ làm việc theo sơ đồ 4 khớp.
Cầu tràn chỉ nên áp dụng cho dòng chảy có lưu lượng nhỏ và thời gian tập trung
lũ ngắn.
Cống là loại công trình thoát nước chủ yếu qua các dòng nước nhỏ, có lưu lượng
nhỏ (Q ≤ 40 – 50m3/s). Trên cống có đất đắp với chiều dày tối thiểu 0.5m để phân bố áp
lực bánh xe và giảm lực xung kích.

Công trình cống
1.3.
dưới
-

-

HẦM.
Hầm là công trình được xây dựng trong lòng đất, sử dụng trong các trường hợp
đây:
Hầm xuyên qua núi: khi cao độ tuyến đường thấp hơn nhiều so với cao độ mặt
đất tự nhiên.
Hầm xuyên qua sông, qua eo biển: khi vượt qua các sông lớn, các eo biển sâu,
việc xây dựng trụ cầu khó khăn hoặc cầu quá cao.
Hầm trong lòng đất: trong các thành phố đông dân cư để đảm bảo giao thông
nhanh chóng, có thể xây dựng các hầm trong lòng đất cho người, xe cộ hoặc tàu
điện đi qua.
Đường hầm: khi tuyến đường men theo sườn núi có mái dốc lớn, địa chất xấu
như có đá lăn, đất trượt, người ta dịch tuyến đường vào núi.

Công trình hầm
TƯỜNG CHẮN.
Tường chắn được sử dụng
khi xây dựng nền đường trong điều
kiện không thể duy trì được độ dốc
tự nhiên của taluy.
1.4.

Công trình tường chắn

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[2]

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU

§2. CÁC GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ MỘT CÔNG TRÌNH CẦU
Dự án đầu tự (DAĐT) là một tập hợp các đề xuất về kỹ thuật, tài chính, kinh tế và
xã hội làm cơ sở cho việc quyết định bỏ vốn xây dựng công trình.
Các DAĐT ở nước ta theo Điều lệ quản lý đầu tư và xây dựng được chia làm 3
nhóm A, B, C như sau:
- Nhóm A: Các công trình xây dựng cầu đường có tổng mức đầu tư lớn hơn 200 tỷ
VND.
- Nhóm B: Các công trình xây dựng cầu đường có tổng mức đầu tư từ 20 tỷ đến 200
tỷ VND.
- Nhóm C: Các công trình xây dựng cầu đường có tổng mức đầu tư nhỏn hơn 20 tỷ
VND.
Để có một công trình xây dựng nói chung và một công trình cầu nói riêng cần
thực hiện các trình tự sau:
- Chuẩn bị đầu tư.
- Thực hiện đầu tư.
- Kết thúc xây dựng, đưa công trình vào khai thác sử dụng.
2.1. CHUẨN BỊ ĐẦU TƯ.
Nội dung của công tác chuẩn bị đầu tư bao gồm: Lập DAĐT và thẩm định dự án
để quyết định đầu tư.
2.1.1. LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ.
Trình tự lập DAĐT bao gồm:
- Xác định sự cần thiết của DAĐT.
- Nghiên cứu tiền khả thi và nghiên cứu khả thi.
Đối với các dự án thuộc nhóm A và các dự án thuộc nguồn vốn ODA (vốn hỗ trợ
phát triển chính thức của nước ngoài) phải tiến hành cả 2 bước nghiên tiền khả thi và
nghiên cứu khả thi. Các dự án còn lại chỉ cần tiến hành 1 bước nghiên cứu khả thi.
2.1.1.1. Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi.
1. Nghiên cứu sơ bộ về sự cần thiết phải đầu tư, các điều kiện thuận lợi và khó

khăn.
2. Dự kiến quy mô đầu tư và lựa chọn hình thức đầu tư.
3. Chọn khu vực, điạ điểm xây dựng và dự kiến nhu cầu diện tích sử dụng.
4. Phân tích sơ bộ về công nghệ, kỹ thuật xây dựng, các điều kiện cung cấp vật
tư, thiết bị, nguyên liệu, năng lượng, dịch vụ và hạ tầng.
5. Phân tích tài chính, xác định sơ bộ tổng mức đầu tư, các khả năng và điều kiện
huy động các nguồn vốn, khả năng hoàn vốn và trả nợ, thu lãi.
6. Tính toán sơ bộ hiệu quả đầu tư về mặt kinh tế, xã hội của dự án.
2.1.1.2. Báo cáo nghiên cứu khả thi.
1. Những căn cứ để xác định sự cần thiết phải đầu tư:
- Các văn bản của Bộ GTVT cho phép nghiên cứu khả thi.
- Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội vùng, khu vực và mạng lưới giao thông
khu vực.
- Đặc điểm phương tiện vượt sông hiện tại (phà, cầu cũ, v.v…)
- Dự báo lưu lượng xe (số liệu thống kê lưu lượng xe trong khoảng 5 – 10 năm
gần đây, dự báo lưu lượng xe trong khoảng 20 – 25 năm sắp tới).
2. Lựa chọn hình thức đầu tư.
3. Các phương án vị trí cầu (hoặc tuyến):
- Điều kiện tự nhiên: các đặc điểm địa hình, thuỷ văn, địa chất.
- Lựa chọn vị trí cầu.
- Các thông số kỹ thuật cơ bản (quy mô công trình, cấp tải trọng, khổ cầu, khổ
thông thuyền, cấp động đất, tiêu chuẩn thiết kế).
4. Phương án giải phóng mặt bằng và tái định cư.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[3]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU
5.

6.
-

Phân tích lựa chọn phương án kỹ thuật công nghệ.
Phân tích các phương án kết cấu cầu và giải pháp xây dựng:
Đưa ra 3 – 5 phương án kết cấu cầu.
So sánh ưu khuyết điểm các phương án.
Tính một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho phần cầu (khối lượng thép, bêtông,
chỉ tiêu thép/m2 cầu, chỉ tiêu bêtông/m2 cầu, giá thành các phương án, giá
thành 1m2 cầu…).
7. Đánh giá các tác động của môi trường:
- Các ảnh hưởng của việc xây dựng cầu đến môi trường: giải phóng mặt bằng,
tái định cư, tiếng ồn trong xây dựng, chất lượng nước, đất thải, an toàn sức
khỏe và môi trường…
- Các ảnh hưởng tới môi trường sau khi xây dựng cầu: cảnh quan khu vực, bảo
tồn thiên nhiên, bảo tồn di sản văn hoá, di tích lịch sử, v.v…
8. Phân tích tài chính kinh tế.
9. Các mốc thời gian thực hiện đầu tư.
10. Kiến nghị hình thức quản lý dự án.
11. Xác định chủ đầu tư.
12. Mối quan hệ và trách nhiệm của các cơ quan liên quan tới dự án.
2.1.2.
THẨM ĐỊNH DỰ ÁN ĐẦU TƯ.
Các báo cáo nghiên cứu tiền khả thi và nghiên cứu khả thi đều phải được thẩm
định, sau đó sẽ được cấp có thẩm quyền cấp quyết định và giấy phép đầu tư.
2.2. THỰC HIỆN ĐẦU TƯ.
Nội dung của việc thực hiện DAĐT bao gồm:
1. Giao nhận đất, chuẩn bị mặt bằng xây dựng.
2. Tuyển chọn tư vấn xây dựng để khảo sát, thiết kế, giám định khả năng và
chất lượng công trình.

3. Thiết kế công trình:
- Đối với công trình có yêu cầu kỹ thuật cao, có nền móng địa chất, thuỷ văn
phức tạp thì phải thực hiện thiết kế theo 2 bước: thiết kế kỹ thuật và thiết kế
bản vẽ thi công.
- Đối với công trình có yêu cầu kỹ thuật đơn giản hoặc đã có thiết kế mẫu, xử lý
nền móng không phức tạp thì chỉ thực hiện 1 bước: thiết kế kỹ thuật – thi
công.
4. Thẩm định, duỵệt thiết kế kỹ thuật và tổng dự toán.
5. Tổ chức đấu thầu về mua sắm thiết bị và thi công xây lắp.
6. Xin giấy phép xây dựng.
7. Ký kết hợp đồng với nhà thầu để thực hiện dự án.
8. Thi công xây lắp công trình.
9. Theo dõi kiểm tra việc thực hiện các hợp đồng.
10. Quyết toán vốn đầu tư xây dựng sau khi hoàn thành xây lắp đưa dự án vào
khai thác.
2.3. KẾT THÚC XÂY DỰNG, ĐƯA CÔNG TRÌNH VÀO KHAI THÁC SỬ DỤNG.
Nội dung công việc bao gồm:
1. Kết thúc xây dựng.
2. Bàn giao công trình.
3. Bảo hành công trình.
4. Vận hành dự án.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[4]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU

§3. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH CẦU

Công trình cầu bao gồm cầu, đường dẫn vào cầu, các công trình điều chỉnh dòng
chảy và gia cố bờ sông.
3.1. CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU.
Kết cấu phần trên là kết cấu nhịp; có tác dụng đỡ phần xe chạy và lề người đi.
Kết cấu phần dưới bao gồm: mố cầu, trụ cầu, nền móng; có tác dung đỡ kết cấu
nhịp và truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống đất nền.
nÒn ®−êng

nÒn ®−êng

kÕt cÊu nhÞp

trô

trô

mè

mè
mãng

3.2.

Các bộ phận của cầu
CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU.
Ltt1

Ltt1

Ltt2

Lnh

H1

H

Hkt

Lnh

MNCN

MNTT
MNTN

Lo
Lcau

Các kích thước cơ bản của cầu
3.2.1. CÁC CHIỀU DÀI CẦU.
Khẩu độ thoát nước dưới cầu (L0) là khoảng cách tính từ mép trong mố bên
này đến mép trong của mố bên kia. Khẩu độ thoát nước dưới cầu được xác định trên cơ
sở tính toán thuỷ văn dưới cầu theo tần suất thiết kế P%, đảm bảo sau khi xây dựng cầu
không phát sinh ra hiện tượng xói chung và xói cục bộ quá lớn hoặc không tạo nên mực
nước dềnh quá lớn trước cầu.
Chiều dài nhịp (Lnh) là khoảng cách giữa hai đầu dầm của một nhịp.
Chiều dài nhịp tính toán (Ltt) là chiều dài đoạn dầm mà tại đó biểu đồ momen
không đổi dấu. Đối với nhịp giản đơn, chiều dài nhịp tính toán là khoảng cách tim 2 gối
của một nhịp.
Chiều dài toàn cầu (Lcầu) là khoảng cách tính từ đuôi mố bên này đến đên đuôi

mố bên kia.
Lcầu = ∑Lnh + ∑a +2·Lmố
Trong đó:
Lnh: Chiều dài một nhịp
a: Khe hở giữa các đầu dầm
Lmố: Chiều dài mố cầu
→ Căn cứ vào chiều dài toàn cầu, phân biệt cầu:
Lcầu ≤ 25m : cầu nhỏ
25m ≤ Lcầu ≤ 100m : cầu trung
Lcầu ≥ 100m : cầu lớn
3.2.2. CÁC MỰC NƯỚC THIẾT KẾ.
Mực nước cao nhất (MNCN) là mực nước lớn nhất xuất hiện trên sông ứng với
tần suất thiết kế P%.
→ MNCN để xác định khẩu độ tính toán và cao độ đáy dầm.
hđáy dầm ≥ MNCN + 0.5m: đối với sông đồng bằng.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[5]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU
hđáy dầm ≥ MNCN + 1.0m: đối với sông miền núi có đá lăn cây trôi.
Mực nước thấp nhất (MNTN) là mực nước thấp nhất xuất hiện trên sông ứng
với tần suất thiết kế P%.
→ MNTN cho biết vị trí những chỗ lòng sông nước sâu trong mùa cạn, căn cứ vào những
vị trí đó để bố trí nhịp thông thuyền theo bề rộng lòng sông.
Mực nước thông thuyền (MNTT) là mực nước cao nhất cho phép tàu bè đi lại
dưới cầu một cách an toàn.
→ MNTT và chiều cao khổ giới hạn thông thuyền để xác định cao độ đáy dầm.
hđáy dầm ≥ MNTT + htt

MNCN và MNTN được xác định theo các số liệu quan trắc thuỷ văn về mực nước lũ,
được tính toán theo tần suất P% quy định đối với cầu và đường khác nhau.
Theo QT 18 – 79, tần suất thiết kế để tính MNCN, MNTN cho cầu vừa, cầu lớn là
1%, MNTT là 5%. Hiện nay theo Tiêu chuẩn 272 – 05 không quy định.
3.2.3. CÁC CHIỀU CAO THIẾT KẾ.
Chiều cao tự do dưới cầu (H) là khoảng cách tính từ đáy kết cấu nhịp đến
MNCN.
→ khoảng cách này để cho nước lũ cao nhất thoát qua cầu hoặc tàu bè qua lại dưới cầu
an toàn.
Chiều cao cầu (H1) là khoảng cách tính từ đỉnh đường xe chạy trên cầu đến
MNTN.
Chiều cao kiến trúc của cầu (Hkt) là khoảng cách tính từ đỉnh phần xe chạy
đến đáy kết cấu nhịp.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[6]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU

§4. PHÂN LOẠI CẦU VÀ PHẠM VỊ SỬ DỤNG
PHÂN LOẠI THEO MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG.
- Cầu ôtô: cho tất cả các phương tiện giao thông trên đường ôtô.
- Cầu đường sắt: chỉ cho tàu hoả chạy qua.
- Cầu người đi bộ: chỉ cho người đi bộ.
- Cầu thành phố: cho ôtô, tàu điện, người đi bộ, v.v…
- Cầu chạy chung: cho tàu hoả và ôtô.
- Cầu đặc biệt: để dẫn ống nước, ống hơi đốt, ống dẫn dầu, cáp điện, v.v…
PHÂN LOẠI THEO VẬT LIỆU LÀM KẾT CẤU NHỊP.

- Cầu gỗ.
- Cầu đá.
- Cầu bê tông cốt thép.
- Cầu thép.
PHÂN LOẠI THEO CAO ĐỘ ĐƯỜNG XE CHẠY.
- Cầu có đường xe chạy trên: khi
đường xe chạy đặt trên đỉnh kết
cấu nhịp.
Cầu có đường xe chạy trên
-

Cầu có đường xe chạy dưới: khi
đường xe chạy đặt dọc theo biên
dưới của kết cấu nhịp.

-

Cầu có đường xe chạy giữa: khi
đường xe chạy bố trí trong phạm
vi chiều cao của kết cấu nhịp.

Cầu có đường xe chạy dưới

Cầu có đường xe chạy giữa
PHÂN LOẠI THEO CHƯỚNG NGẠI VẬT MÀ CẦU VƯỢT QUA.
- Cầu thông thường: là công trình cầu cầu được xây dựng vượt qua các dòng
nước.

-

Cầu thông thường
Cầu phao: là các công trình cầu được xây dựng bằng hệ nổi nhằm phục vụ cho
mục đích quân sự hoặc phục vụ giao thông trong một thời gian ngắn.

Cầu phao
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[7]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU
-

-

Cầu vượt (hay cầu qua đường): sử dụng khi các tuyến đường giao thông có lưu
lượng lớn.

Cầu vượt
Cầu cạn (hay cầu dẫn): được xây dựng ngay trên mặt đất nhằm dẫn vào một cầu
chính hoặc nâng cao độ tuyến đường lên để giải phóng không gian bên dưới.

Cầu cạn
-

-

Cầu cao (viaduct):
là các cầu bắc qua
thung lũng sâu.

Cầu cao
Cầu mở: là loại cầu có một hoặc hai nhịp sẽ được di động khỏi vị trí để tàu bè qua
lại trong khoảng thời gian nhất định.
Gồm có:
+ Cầu cất: kết cấu nhịp mở về một phía hoặc hai phía theo góc quay 700 – 800

Cầu cất
+ cầu quay: kết cấu nhịp quay trên mặt bằng một góc 900.

Cầu quay
+ Cầu nâng: kết cấu nhịp
được nâng hạ theo phương
thẳng đứng.

Cầu nâng
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[8]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU
PHÂN LOẠI THEO SƠ ĐỒ CHỊU LỰC.
- Sơ đồ dầm giản đơn:
+ Phân bố nội lực: biểu đồ momen chỉ
có dấu (+) và giá trị lớn nhất tại giữa
nhịp.
+ Phân bố vật liệu: vật liệu tập trung
chủ yếu ở khu vực giữa nhịp do đó nội
lực do tĩnh tải lớn, dự trữ khả năng chịu

hoạt tải kém nên khả năng vượt nhịp
thấp.
- Sơ đồ dầm mút thừa:

Sơ đồ dầm giản đơn
+ Khả năng vượt nhịp:
• KCN cầu dầm: L ≤ 40m
• KCN cầu dàn: L ≤ 60m

-

Sơ đồ dầm mút thừa
+ Phân bố nội lực: biểu đồ momen xuất hiện M(-) tại mặt cắt gối và M(+) tại mặt
cắt giữa nhịp.
+ Phân bố vật liệu: vật liệu tập trung chủ yếu ở mặt cắt gối do đó KCN nhỏ nên
khả năng vượt nhịp tốt hơn so với KCN giản đơn.
Sơ đồ dầm hẫng – nhịp đeo:

-

Sơ đồ dầm hẫng nhịp đeo
+ KCN có dầm đeo thường khai thác không êm thuận, lực xung kích lớn, khe co
giãn phải cấu tạo phức tạp do đó hiện nay ít dùng.
Sơ đồ dầm liên tục:

Sơ đồ dầm liên tục
+ Giá trị M(-) tại mặt cắt gối lớn hơn M(+) ở mặt cắt giữa nhịp do đó phát huy
được hết khả năng làm việc của vật liệu.
+ Kết cấu liên tục còn giảm được số lượng khe co giãn trên cầu, do đó đảm bảo
êm thuận cho xe chạy.

+ Khả năng vượt nhịp:
• KCN dầm thép: L ≤ 90m.
• KCN dàn thép: L ≤ 120m.
• KCN dầm BTCT DƯL: L ≤ 150m.
• KCN cầu treo, cầu dây văng: L≈ 150 ÷ 450m.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[9]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU

§5. TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG TRONG THIẾT KẾ CẦU.
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05 của Bộ Giao thông Vận tải Việt Nam
được biên soạn trên nền AASHTO – LRFD 1998 của Mỹ, công bố áp dụng từ năm 2005.
5.1.
QUAN ĐIỂM CHUNG VỀ THIẾT KẾ.
Trong thiết kế, các kỹ sư phải kiểm tra độ an toàn và ổn định của phương án khả
thi đã được lựa chọn. Công tác thiết kế bao gồm việc tính toán nhằm chứng minh cho
những người có trách nhiệm thấy rằng mọi tiêu chuẩn tính toán và cấu tạo đều được thoả
mãn.
Để đảm bảo độ an toàn của một công trình thì:
[5.1]
Sức kháng của vật liệu ≥ Hiệu ứng của tải trọng
Quan hệ của bất đẳng thức này phải được xét trên mọi bộ phận và vật liệu của
kết cấu.
Khi nói về sức kháng của vật liệu, ta xét khả năng làm việc tối đa mà vật liệu mà
ta gọi là trạng thái giới hạn.
Một trạng thái giới hạn (TTGH) là một trạng thái mà vượt qua nó thì kết cấu

hay một bộ phận nào đó không hoàn thành được nhiệm vụ thiết kế đề ra.
Mục tiêu là không vượt quá trạng thái giới hạn. Tuy nhiên đó không phải là mục
đích duy nhất, mà cần xét đến những mục đích quan trọng khác, như chức năng, thẩm
mỹ, tác động đến môi trường, và yếu tố kinh tế.
5.2.
TRIẾT LÝ THIẾT KẾ CỦA TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU 22TCN 272 – 05.
5.2.1. THIẾT KẾ THEO HỆ SỐ TẢI TRỌNG VÀ SỨC KHÁNG.
Phương trình tổng quát.
5.2.1.1.
Quan điểm chung về thiết kế cho thấy, cần có 1 phương pháp có thể:
- Dựa trên trên cơ sở cường độ giới hạn của vật liệu.
- Xét tới sự thay đổi không những ở vật liệu mà còn ở hiệu ứng của tải trọng.
- Đánh giá độ an toàn liên quan tới xác suất phá hoại.
Để xét tới sự thay đổi của 2 phía bất phương trình [5.1], cần phải:
- Phía cường độ của vật liệu Rn cần phải nhân với một hệ số trên cơ sở thống kê
cường độ của vật liệu φ (có giá trị thường nhỏ hơn 1), được thể hiện bằng tích số
φRn.
- Phía tải trọng cần phải nhân với một hệ số trên cơ sở thống kê tải trọng γ (có giá
trị thường lớn hơn 1).
- Vì hiệu ứng của tải trọng trong TTGH bao gồm 1 tổ hợp nhiều tải trọng → phần tải
trọng được thể thiện bằng tổng số của γiQi.
→ Phương trình tổng quát sẽ là:
[5.2]
φRn ≥ η∑γiQi
Trong đó: φ
: hệ số sức kháng theo thống kê của sức kháng danh định.
γi
: hệ số tải trọng theo thống kê.
: sức kháng danh định của vật liệu.
Rn

: hiệu ứng của tải trọng.
Qi
η
: hệ số điều chỉnh tải trọng.
Phương trình [5.2] bao gồm cả hệ số tải trọng và hệ số sức kháng nên phương
pháp thiết kế này được gọi là thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD – Load
and Resistance Factor Design).
5.2.1.2.
Hệ số cường độ φ.
Hệ số cường độ φ cần phải xét đến tính phân tán của vật liệu:
- Tính chất của vật liệu.
- Phương trình dự tính cường độ.
- Tay nghề của công nhân.
- Chất lượng kiểm tra.
- Tình huống hư hỏng.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[10]


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU
5.2.1.3.
Hệ số tải trọng γ.
Hệ số tải trọng γ dùng cho các loại tải trọng đặc biệt cần xét tới độ phân tán của:
- Độ lớn của tải trọng.
- Sự sắp xếp tải trọng.
- Tổ hợp tải trọng có thể xảy ra.
5.2.1.4.
Hệ số điều chỉnh tải trọng η.
Hệ số điều chỉnh tải trọng η là hệ số xét đến độ dẻo của vật liệu và tính huống

chịu lực của cầu, được biểu hiện dưới dạng:
[5.2]
η=ηDηRηI ≥ 0.95
Trừ TTGH cường độ, các TTGH khác, ηD = ηR = ηI = 1.
=1.05 : cho các bộ phận không dẻo.
Trong đó: ηD: hệ số dẻo
=1
: cho các kết cấu thông thường theo
đúng yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế.
=0.95 : cho các bộ phận có tính dẻo.
=1.05 : cho các bộ phận không dư thừa.
ηR: hệ số dư thừa
=1
: đối với mức thông thường.
=0.95 : đối với bộ phận dư thừa.
ηI: hệ số quan =1.05 : cho các cầu quan trọng.
trọng
=1
: đối với cầu định hình.
=0.95 : đối với các cầu tương đối ít quan trọng.
5.2.2. CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HAN.
5.2.2.1.
TTGH Cường độ:
TTGH Cường độ phải được xét đến để đảm bảo về cường độ và độ ổn định cục bộ
và tổng thể được dự phòng để chịu được các tổ hợp tải trọng (THTT) quan trọng theo
thống kê được định ra để cầu chịu được trong phạm vi tuổi thọ thiết kế của chúng.
TTGH Cường độ bao gồm:
TTGH Cường độ I: THTT cơ bản để tính với tải trọng khai thác khi trên cầu có xe
và không có gió.
TTGH Cường độ II: THTT cơ bản liên quan tới cầu chịu gió với vận tốc vượt quá

25m/s. Trên cầu không có xe.
TTGH Cường độ III: THTT cơ bản liên quan tới đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn của
cầu với gió có vận tốc vượt quá 25m/s.
5.2.2.2.
TTGH Sử dụng:
TTGH Sử dụng phải được xét đến như một biện pháp nhằm hạn chế đối với ứng
suất, biến dạng và bề rộng vết nứt dưới điều kiện sử dụng bình thường.
Tổ hợp liên quan tới khai thác bình thường của cầu với gió có vận tốc 25m/s với
tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định.
5.2.2.3.
TTGH Đặc biệt:
TTGH Đặc biệt phải được xét đến để đảm bảo sự tồn tại của cầu khi động đất, lũ
lớn hoặc bị tàu thuỷ, xe cộ va, hoặc có thể cả xói lở.
Trạng thái này nhằm đảm bảo cầu vẫn tồn tại sau biến cố, dù có thể bị hư hỏng.
5.2.2.4.
TTGH Mỏi và phá hoại giòn:
TTGH Mỏi phải được xét đến trong tính toán như một biện pháp nhằm hạn chế về
biên độ ứng suất do một xe tải thiết kế gây ra với số chu kỳ biên độ ứng suất dự kiến.
Trạng thái này nhằm hạn chế sự phát triển vết nứt và tránh hiện tượng đứt gãy
do tải trọng khai thác.
5.2.3. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP:
5.2.3.1.
Ưu điểm:
- Có xét tới sự khác biệt về cả cường độ và tải trọng.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[11]

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU
Đạt được mức an toàn đồng đều của các TTGH khác nhau và các loại cầu mà
không cần phân tích xác suất và thống kê phức tạp.
- Phương pháp thiết kế thích hợp và ổn định.
5.2.3.2.
Nhược điểm:
- Yêu cầu thay đổi tư duy thiết kế.
- Yêu cầu hiểu biết cơ bản về lý thuyết xác suất và thống kê.
- Yêu cầu có các số liệu đầy đủ về thống kê và thuật toán tính xác suất để chỉnh lý
hệ số sức kháng trong các trường hợp đặc biệt.
-

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[12]