NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ CỐT THÉP CHỊU UỐN XOẮN ĐỒNG THỜI TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM CONG TRÊN MẶT BẰNG

1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU......................................................................................................................1
CHƯƠNG .1

SƠ LƯỢC VỀ NÚT GIAO & HỆ THỐNG CẦU CONG.................3

.1.1. SƠ LƯỢC SỰ PHÁT TRIỂN NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC..................3
.1.2. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU CONG...................................14
CHƯƠNG .2

MỘT SỐ NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN TRONG

TÍNH TOÁN CẦU CONG.........................................................................................20
.2.1. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN.............................................................................20
.2.2. NGUYÊN LÝ TÍNH NỘI LỰC DẦM CONG TRÊN MẶT BẰNG CÓ ĐỘ
CONG KHÔNG ĐỔI.................................................................................................21
.2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU CONG TRÊN MẶT BẰNG
31
CHƯƠNG .3

NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ CỐT THÉP CHỊU UỐN XOẮN ĐỒNG

THƠÌ TRONG KẾT CẦU NHỊP CẦU DẦM CONG TRÊN MẶT BẰNG............39
.3.1. NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỊU UỐN THUẦN TÚY......39
.3.2. NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỊU CẮT...............................44
.3.3. NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỊU XOẮN...........................51
.3.4. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BỐ TRÍ CỐT THÉP CHỊU UỐN XOẮN ĐỒNG
THỜI TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM CONG TRÊN MẶT BẰNG............58
.3.5. BỐ TRÍ CỐT THÉP THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG................62

.3.6. KIẾN NGHỊ GIẢI PHÁP BỐ TRÍ CỐT THÉP CHỊU UỐN XOẮN ĐỒNG
THỜI TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM CONG TRÊN MẶT BẰNG............66
.3.7. VÍ DỤ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHỊU MOMENT UỐN XOẮN ĐỒNG THỜI
TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM CONG TRÊN MẶT BẰNG NHỊP LIÊN
TỤC.............................................................................................................................69
KẾT LUẬN...............................................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................82

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Ký hiệu

Nội dung

AASHTO

American Association of State Highway and Transportation
Officials – Hiệp hội Đường và Giao thông Hoa Kỳ

ASD

Allowable Stress Design – Thiết kế theo ứng suất cho phép

FHWA

Federal Highway Administration – Cục đường bộ Liên bang Mỹ

LFD

Load Factor Design – Thiết kế theo hệ số tải trọng

f

Tỷ lệ giữa moment xoắn Mxy và moment uốn Myy

Fz

Lực cắt trong dầm

LRFD

Load and Resistance Factor Design – Thiết kế theo hệ số tải trọng
và hệ số sức kháng

(L/R)

Tỷ lệ giữa Chiều dài nhịp với Bán kính cong

Myy

Moment uốn trong dầm

Mxy

Moment xoắn trong dầm

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


3

NCHRP

National Cooperative Highway Research Program – Chương trình
nghiên cứu đường bộ phối hợp quốc gia

PTHH

Phương pháp phần tử hữu hạn

Tấm Kirchoff

Lý thuyết tấm kinh điển của Kirchoff

Tấm Mindlin

Lý thuyết tấm bậc nhất của Mindlin

TLBT

Trọng lượng bản thân

TTGH

Trạng thái giới hạn

φu

Góc uốn của cốt thép dọc so với phương trục dầm

DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG 1.1: SO SÁNH CÁC ĐỀ TÀI ĐÃ THỰC HIỆN VỚI HƯỚNG ĐỀ TÀI
ĐANG NGHIÊN CỨU...............................................................................................18
BẢNG 3.2: BẢNG THỐNG KẾ NỘI LỰC LỚN NHẤT TRONG DẦM CONG:. 77
BẢNG 3.3: BẢNG THỐNG KÊ GÓC UỐN CỐT THÉP ΦU TẠI CÁC VỊ TRÍ
.....................................................................................................................................77

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
HÌNH 1.1: NÚT GIAO BIRMINGHAM'S SPAGHETTI JUNCTION, NƯỚC ANH
.......................................................................................................................................4
HÌNH 1.2: NÚT GIAO THE MAGIC ROUNDABOUT - BÙNG BINH MA
THUẬT Ở SWINDON, ANH......................................................................................5
HÌNH 1.3 GIAO LỘ PARC NUS DE LA TRINITAT Ở THÀNH PHỐ
BARCELONA, TÂY BAN NHA................................................................................5
HÌNH 1.4: THE JUDGE HARRY PREGERSON - NÚT GIAO THÔNG LẬP THỂ.
.......................................................................................................................................6
HÌNH 1.5: CẦU NANPU, THƯỢNG HẢI, TRUNG QUỐC.....................................6
HÌNH 1.6: BÙNG BINH BIG C, HÀ NỘI..................................................................8
HÌNH 1.7: NÚT GIAO THANH XUÂN, HÀ NỘI.....................................................8
HÌNH 1.8: NÚT GIAO NHẬT TÂN, ĐƯỜNG VÕ NGUYÊN GIÁP, HÀ NỘI.......9

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


4

HÌNH 1.9: NÚT GIAO THÔNG NGÃ BA HUẾ, TP ĐÀ NẴNG (HOÀN THÀNH
NĂM 2015)...................................................................................................................9
HÌNH 1.10: NÚT GIAO VÀNH ĐAI II- CAO TỐC HCM-LONG THÀNH-GIẦU
DÂY............................................................................................................................10
HÌNH 1.11: NÚT GIAO THÔNG CÁT LÁI, TP HỒ CHÍ MINH...........................10
HÌNH 1.12: CẦU TREO UỐN CONG LANGKAWI SKY, MALAYSIA..............11
HÌNH 1.13: CẦU ĐẢO FLIPPER (HONG KONG).................................................11
HÌNH 1.14: CẦU CONG TRONG NÚT GIAO Ở CHICAGO, MỸ........................12
HÌNH 1.15: NÚT GIAO VÀNH ĐAI 2, TP. HỒ CHÍ MINH..................................12
HÌNH 1.16: NÚT GIAO LONG BIÊN, HÀ NỘI......................................................13
HÌNH 2.17: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT DẦM CONG........................................................21
HÌNH 2.18: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT DẦM CÔNG XÔN..............................................25
HÌNH 2.19: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT DẦM CONG LIÊN TỤC....................................26
HÌNH 2.20: NỘI LỰC TRÊN PHẦN TỬ TẤM CHỊU UỐN...................................34
HÌNH 3.21:ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG CỦA DẦM VỚI VẬT
LIỆU ĐỒNG CHẤT...................................................................................................40
HÌNH 3.22: HÌNH DẠNG ỨNG SUẤT CHÍNH VÀ HÌNH CHIẾU ỨNG SUẤT
TRONG DẦM CHỮ NHẬT ĐỒNG CHẤT CHỊU UỐN CẮT...............................41
HÌNH 3.23: QUY ĐỔI TIẾT DIỆN THÉP................................................................42
HÌNH 3.24: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TẠI TẢI TRỌNG GIỚI HẠN.......................43
HÌNH 3.25: BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG DẦM CHỊU UỐN THUẦN TÚY........44
HÌNH 3.26: VẾT NỨT TRONG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP...............................45
HÌNH 3.27: CÂN BẰNG LỰC TẠI VẾT NỨT KÉO XIÊN TRONG DẦM BTCT
KHÔNG CÓ CỐT ĐAI CHỊU CẮT..........................................................................46

HÌNH 3.28: CÂN BẰNG LỰC TẠI VẾT NỨT KÉO XIÊN TRONG DẦM BTCT
CÓ CỐT ĐAI ĐỨNG CHỊU CẮT.............................................................................47
HÌNH 3.29: CÁC THÀNH PHẦN NỘI LỰC TẠI VẾT NỨT NGHIÊNG TRONG
DẦM BỐ TRÍ CỐT THÉP XIÊN..............................................................................47
HÌNH 3.30: MÔ MENT UỐN MYY TRONG DẦM GIẢN ĐƠN..........................49
Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


5

HÌNH 3.31: LỰC CẮT FZ TRONG DẦM GIẢN ĐƠN...........................................49
HÌNH 3.32: BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG DẦM GIẢN ĐƠN................................49
HÌNH 3.33: BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG DẦM GIẢN ĐƠN................................49
HÌNH 3.34: MÔ MENT UỐN MYY TRONG DẦM LIÊN TỤC............................50
HÌNH 3.35: LỰC CẮT FZ TRONG DẦM LIÊN TỤC............................................50
HÌNH 3.36: BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG DẦM LIÊN TỤC..................................50
HÌNH 3.37: BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG DẦM LIÊN TỤC..................................50
HÌNH 3.38: THANH CHỮ NHẬT CHỊU XOẮN....................................................53
HÌNH 3.39: VẾT NỨT XOẮN TRONG DẦM BÊ TÔNG .....................................54
HÌNH 3.40: ỨNG XUẤT VÀ VẾT NỨT DẦM CHỊU XOẮN...............................54
HÌNH 3.41: VẾT NỨT XOẮN TRONG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP..................55
HÌNH 3.42: MẶT PHÁ HOẠI VÀ CÁC THÀNH PHẦN NỘI LỰC .....................55
HÌNH 3.43: PHÁ HOẠI THỰC TẾ CỦA DẦM BÊ TÔNG CHỊU XOẮN ...........56
HÌNH 3.44: MẶT PHÁ HOẠI TRONG CẤU KIỆN UỐN (CẮT) XOẮN............57
HÌNH 3.45: BỐ TRÍ CỐT THÉP NGHIÊNG MỘT GÓC 450 SO VỚI TRỤC DẦM
.....................................................................................................................................58
HÌNH 3.46: VẾT NỨT TRONG DẦM CHỊU UỐN THUẦN TÚY........................59
HÌNH 3.47: VẾT NỨT TRONG DẦM CHỊU XOẮN THUẦN TÚY.....................59

HÌNH 3.48: BỐ TRÍ CỐT ĐAI TRONG DẦM CHỊU XOẮN.................................61
HÌNH 3.49: SƠ ĐỒ DẦM CONG LIÊN TỤC 3 NHỊP............................................63
HÌNH 3.50: MẶT CẮT NGANG DẦM CONG.......................................................63
HÌNH 3.51: MOMEN UỐN MYY DO TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN (DẦM
LIÊN TỤC).................................................................................................................64
HÌNH 3.52: MOMEN XOẮN MXY DO TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN (DẦM
LIÊN TỤC).................................................................................................................64
HÌNH 3.53: CỐT CHỦ BỐ TRÍ SONG SONG VỚI TRỤC DẦM..........................65
HÌNH 3.54: CỐT CHỦ UỐN ĐA GIÁC ..................................................................65
HÌNH 3.55: PHÂN BỐ MÔ MENT UỐN VÀ MÔ MENT XOẮN ........................66
HÌNH 3.56: CỐT THÉP CHỊU MÔ MENT UỐN ÂM ............................................67
Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


6

HÌNH 3.57: CỐT CHỦ CHỊU MÔ MENT UỐN DƯƠNG .....................................67
HÌNH 3.58: CỐT CHỦ CHỊU MÔ MENT UỐN VÀ XOẮN..................................68
HÌNH 3.59: MẶT CẮT NGANG CẦU &CHIA LƯỚI PHẦN TỬ.........................69
HÌNH 3.60: MÔ HÌNH BÀI TOÁN (PHẦN TỬ TẤM)...........................................70
HÌNH 3.61: MÔ MEN XOẮN MXY DO TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN THEO
PHƯƠNG DỌC CẦU................................................................................................71
HÌNH 3.62: MÔ MEN UỐN MYY DO TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN THEO
PHƯƠNG DỌC CẦU................................................................................................72
HÌNH 3.63: CẤU TẠO HÌNH HỌC DẦM CONG...................................................78
HÌNH 3.64: BỐ TRÍ CỐT THÉP TRÊN MẶT CẮT NGANG CẦU.......................78
HÌNH 3.65: BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO CỐT ĐAI CẤU TẠO.....................................78
HÌNH 3.66: VỊ TRÍ MOMENT MYY ÂM VÀ MXY LỚN NHẤT........................79

HÌNH 3.67: VỊ TRÍ MOMENT MYY DƯƠNG VÀ MXY LỚN NHẤT................79
HÌNH 3.68: VỊ TRÍ MOMENT MYY DƯƠNG VÀ MXY LỚN NHẤT TÁC
DỤNG ĐỒNG THỜI..................................................................................................79
HÌNH 3.69: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ GÓC UỐN CỐT THÉP DỌC CHỊU XOẮN80
HÌNH 3.70: BỐ TRÍ CỐT THÉP CHỊU UỐN XOẮN ĐỒNG THỜI .....................80

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

1

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Về mặt cấu tạo, nút giao khác mức thuộc dạng công trình phức tạp gồm tập hợp
các tuyến đường, các cầu vượt, hầm, các nhịp dẫn cầu cạn, cầu cong, cầu rẽ nhánh.
Trong kết cấu hoàn chỉnh của nút giao thông lập thể ngoài các cầu vượt dùng cho
các tuyến chính còn có luồng đường dành cho các phương tiện rẽ sang tuyến đường
khác hay quay đầu. Các nhánh đường rẽ được cấu tạo nhờ các nhịp cầu cong và cầu
rẽ nhánh hoặc tổ hợp các liên nhịp cầu cong, cầu chéo góc, cầu thẳng nối tiếp nhau.
Do đặc điểm cấu tạo dẫn đến trạng thái nội lực, biến dạng phát sinh trong kết cấu
nhịp cong rất phức tạp. Hiện tại, tiêu chuẩn thiết kế cầu của Việt Nam chưa có chỉ
dẫn nào về tính toán cho các cầu cong trên mặt bằng; các nghiên cứu, tài liệu tham
khảo chưa thấy đề cập một cách cụ thể về giải pháp bố trí cốt thép chịu uốn xoắn
đồng thời trong kết cấu nhịp cầu dầm cong trên mặt bằng.

Với các lý do nêu trên, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu bố trí cốt thép chịu uốn
xoắn đồng thời trong kết cấu nhịp cầu dầm cong trên mặt bằng” là cần thiết, có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu đề xuất giải pháp bố trí cốt thép chịu uốn, xoắn đồng thời trong kết
cấu nhịp cầu dầm cong trên mặt bằng.
3. Mục tiêu của đề tài
Giới thiệu và phân tích tổng quan về nút giao thông khác mức và hệ thống cầu
cong trên thế giới và ở Việt Nam.;
Phân tích một số nguyên lý và phương pháp tính toán cơ bản trong tính toán cầu
cong;
Kiến nghị giải pháp bố trí cốt thép chịu uốn và xoắn đồng thời trong kết cấu nhịp
cầu dầm cong trên mặt bằng.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

2

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Kết cấu nhịp cầu dầm bê tông cốt thép cong trên mặt bằng tiết diện ngang dạng bản
đặc.
5. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được dùng để nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu

lý thuyết, phương pháp phân tích kết cấu bằng phần tử hữu hạn trên cơ sở ứng dụng
các phần mềm chuyên ngành.
6. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Các nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn trong và ngoài nước; các tài liệu khoa học
và các công trình xây đã được xây dựng.
7. Kết quả đạt được và vấn đề còn tồn tại
Kiến nghị được giải pháp bố trí cốt thép chịu uốn xoắn đồng thời trong kết cấu
nhịp cầu dầm cong trên mặt bằng.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

CHƯƠNG .1
.1.1.

3

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

SƠ LƯỢC VỀ NÚT GIAO & HỆ THỐNG CẦU CONG

SƠ LƯỢC SỰ PHÁT TRIỂN NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC

Lịch sử phát triển nút giao thông cũng như hệ cầu cạn, cầu vượt, cầu cong trong
thành phố gắn liền với lịch sử phát triển giao thông đô thị.
.1.1.1.

Sự phát triển nút giao thông trên thế giới

Trước chiến tranh thế giới thứ I, các phương tiện giao thông đường phố còn thô
sơ và hạn chế, hoạt động giao thông đơn giản nên không có nhu cầu giải quyết ách
tắc giao thông.
Sau chiến tranh thế giới thứ I, đã xuất hiện hiện nhiều phương tiện giao thông
mới chạy trên đường phố với tốc độ lớn, việc lưu thông trên đường phố không
thuận tiện như trước nữa và đã xảy ra nhiều tai nạn giao thông. Theo thống kê thì
các tai nạn phần lớn xảy ra tại các nút giao nhau của đường phố, sở dĩ như vậy vì tại
các nút có nhiều dòng phương tiện với các tham số khác nhau giao cắt nhau, đồng
thời nút cũng là nơi tập trung nhiều người đi bộ qua lại. Chính vì vậy người ta đã
đưa ra các biện pháp tổ chức giao thông tại nút nhằm đảm bảo an toàn cho các
phương tiện và người qua lại.
Trong thời gian này các nút giao cắt nhau vẫn là nút đồng mức và các biện pháp
chính được áp dụng để đảm bảo an toàn giao thông là điều khiển bằng người, đảo
giao thông, đèn tín hiệu, phân luồng và các loại biển báo.
Vào cuối những năm 20 của thế kỉ trước, ở những thành phố lớn của các nước
phát triển, số lượng phương tiện giao thông tăng nhanh, các biện pháp tổ chức giao
thông tại nút giao bằng không đảm bảo an toàn giao thông và năng lực thông xe tại
nút. Nhu cầu thực tế đòi hỏi phải có một biện pháp tổ chức giao thông mới tại nút.
Biện pháp hợp lý hơn cả là xây dựng nút giao thông khác mức (nút lập thể) nhằm
tách các dòng phương tiện trong không gian. Theo thống kê ở Mỹ, trong nút giao
thông khác mức thì tốc độ xe chạy tăng ít nhất 2 lần, năng lực thông xe tăng 3 lần,
số tai nạn và sự cố giảm 5 lần.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012

Trường Đại học Xây Dựng

4

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Trong giai đoạn đầu phát triển, nút khác mức có cấu tạo đơn giản gồm một cầu
vượt qua đường. Sau đó nút giao thông khác mức có cấu tạo phức tạp hơn là có
thêm các nhánh rẽ, phổ biến nhất là nút hoa thị đầy đủ.
Nút hoa thị đầy đủ đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở Mỹ vào năm 1928.
Vào những năm 40 của thế kỷ 20 ở Mỹ đã phát triển nút 3 tầng do yêu cầu giao
thông và giảm chiếm dụng đất trong thành phố.
Trong các nút giao thông khác mức, trong mọi trường hợp đều phải xây dựng các
công trình cầu cạn, cầu vượt và hầm qua đường. Tuỳ theo mức độ giao thông phức
tạp, phải bố trí các luồng xe ra vào nút ở hai hay nhiều mức khác nhau và nghiên
cứu xây dựng kết hợp hai hay một số công trình trên.
Với sự phát triển mạnh mẽ của các phương tiện giao thông, nút giao thông khác
mức 4-5 tầng được phát triển và xây dựng nhiều không những ở các nước phát triển
mà ở cả các nước đang phát triển. Hiện nay, xu hướng thế giới là xây dựng nút khác
mức nhiều tầng với lượng cầu cong lớn và giảm được nhiều diện tích đất chiếm dụng.

Hình 1.1: Nút giao Birmingham's Spaghetti Junction, nước Anh
Nút giao thông ở Birmingham được mệnh danh “spaghetti junction” (giao lộ mỳ Ý),
1 công trình cao tốc phức tạp nối liền các thành phố lân cận.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012

Trường Đại học Xây Dựng

5

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hình 1.2: Nút giao The Magic Roundabout - bùng binh ma thuật ở Swindon, Anh
Vòng xuyến giao thông này được xây dựng năm 1972, tọa lạc gần County Ground,
với 5 vòng xoay nhỏ khác bên trong. Khi mới đi qua đây lần đầu, du khách có thể
rối trí "không biết đằng nào mà lần" để hiểu và tuân thủ vạch kẻ trên đảo giao thông
này.

Hình 1.3 Giao lộ Parc Nus de la Trinitat ở thành phố Barcelona, Tây Ban Nha.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

6

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hình 1.4: The Judge Harry Pregerson - nút giao thông lập thể.
The Judge Harry Pregerson được mệnh danh là những con "quái vật" của Los
Angeles, Mỹ.

Hình 1.5: Cầu Nanpu, Thượng Hải, Trung Quốc
Cầu Nanpu là cây cầu treo dài thứ 4 thế giới.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

.1.1.2.

7

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Sự phát triển nút giao thông ở Việt Nam

Hiện nay, hầu hết các nút giao nhau của mạng lưới đường phố ở tất cả các đô thị
nước ta đều có cùng một kiểu cấu trúc, đó là nút giao nhau cùng mức. Chúng ta
chưa có một nút giao nhau khác mức đáp ứng đúng các yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu
của giao thông đô thị.
Tại Hà Nội mới chỉ có hơn 15 nút giao thông bao gồm cả nút giao cùng mức và
nút giao khác mức. Nút giao cùng mức như: nút giao Cầu Giấy, nút giao quảng
trường Nhà Hát Lớn, nút giao khác mức như: nút giao Nam Chương Dương, nút
giao đường vành đai 3 - Nguyễn Trãi, , nút giao quảng Ngã tư sở, …
Tại thành phố Hồ Chí Minh có hơn 25 nút giao thông cùng mức và nút giao
thông khác mức trong đó một số nút được hình thành trước năm 1975. Một số nút
giao cùng mức như nút giao Nhà thờ lớn, nút giao Ngã 7, và một số nút giao khác
mức như nút giao Vành đai 2, nút giao Cát Lái ... Tại thành phố Hồ Chí Minh loại

hình nút khác mức được tổ chức hợp lý hơn, ít xẩy ra ùn tắc tại nút.
Trong những năm gần đây, ở các thành phố lớn của nước ta đã xây dựng được
một vài nút giao thông có giao cắt khác mức như nút Nam Chương Dương, Ngã Tư
Vọng, Mai Dịch (Hà Nội). Ở một số thành phố khác như Hải Phòng, Đà Nẵng,
thành phố Hồ Chí Minh cũng đã xây dựng các nút giao thông khác mức.
Hiện tại hệ thống các nút giao khác mức cũng như hệ cầu cạn, cầu vượt ở nước ta
đang phát triển trong giai đoạn đầu, song trong tương lai không xa, chắc chắn sẽ được
xây dựng nhiều để đáp ứng nhu cầu giao thông trong công cuộc hiện đại hoá đất nước.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

8

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hình 1.6: Bùng binh Big C, Hà Nội

Hình 1.7: Nút giao Thanh Xuân, Hà Nội

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

9

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hình 1.8: Nút giao Nhật Tân, đường Võ Nguyên Giáp, Hà Nội.

Hình 1.9: Nút giao thông Ngã ba Huế, TP Đà Nẵng (hoàn thành năm 2015)

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

10

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hình 1.10: Nút giao Vành đai II- Cao tốc HCM-Long Thành-Giầu Dây

Hình 1.11: Nút giao thông Cát Lái, TP Hồ Chí Minh
.1.1.3.

Sự phát triển hệ thống cầu cong trong nút giao khác mức

Cầu cong đầu tiên xuất hiện trên thế giới vào trước những năm 1960 và hiện nay
kết cấu cong chiếm khoảng 30% trong hệ thống cầu tại nước Mỹ và khoảng 20%
trong hệ thống cầu ở các nước phát triển. Có rất nhiều cầu cong đã được xây dựng ở

các nước trên thế giới, ví dụ như: cầu trên đường phố 20, HOV ở Den Vơ,
Côlôradô; cầu U.S Nevan Acađemi, Annapôlit, Marylen; cầu nhánh Y, I-95 đại lộ
Davie, Broward County, Florida; Cầu Coronado thành phố San Diego, Cây cầu
Skywalk Grand Canyon tại bang Nevada ở Mỹ; cầu Nam Phố thành phố Thượng
Hải, cầu Đông Hải nối thành phố Thượng Hải với cảng Yangshan ở Trung Quốc;
nút giao Uchihômmachi, Nhật Bản, v.v…
Kiến trúc sư Mayur Kanaiya đã thiết kế cầu treo uốn cong Langkawi Sky dài
125m trên đỉnh núi Gunung Mat Cincang, đảo Pulau Langkawi, bang Kedah,
Malaysia. Để xây dựng nó, các nguyên vật liệu đều được trực thăng chuyên chở lên
đỉnh núi và mất nhiều năm trời mới hoàn thành được.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

11

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hình 1.12: Cầu treo uốn cong Langkawi Sky, Malaysia

Hình 1.13: Cầu đảo Flipper (Hong Kong)
Người Hồng Kông quen lái xe bên trái, trong khi đó, người dân đến Trung Quốc Đại lục
lại lái xe bên phải. Do đó, nó đã gây ra nhiều phiền toái cho du khách khi đi từ Đại lục vào
Hong Kong và ngược lại. Điểm đáng chú ý của kiến trúc có hình dạng tương tự như hình
số tám này chính là hai làn xe sẽ được tách ra và gối chồng lên nhau.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

12

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hình 1.14: Cầu cong trong nút giao ở Chicago, Mỹ.
Giai đoạn đầu do chưa có kinh nghiệm nên chúng ta đã nghiên cứu thiết kế và
xây dựng các dạng cầu cong với kết cấu đơn giản dầm thẳng, bản mặt cầu đổ sau bo
cong với bán kính lớn như: các nhịp bản cầu dẫn dầm Super T của cầu Mỹ Thuận,
các nhịp dầm “I” của cầu vào nhà ga sân bay quốc tế Nội Bài. Các dạng cầu cong
phức tạp hơn dạng bản hộp nhịp đơn giản hay liên tục sử dụng ở nút giao thông phía
Nam cầu Chương Dương, Hà Nội; cầu dẫn cầu Thuận Phước, Đà Nẵng …

Hình 1.15: Nút giao Vành đai 2, TP. Hồ Chí Minh.
Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

13

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hình 1.16: Nút giao Long Biên, Hà Nội

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

14

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

.1.2.

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU CONG

.1.2.1.

Nghiên cứu tính toán kết cấu cầu cong trên thế giới

Trên thế giới, lịch sử phát triển cầu cong gắn liền với lịch sử phát triển nút giao
thông khác mức trong quá trình phát triển giao thông đô thị hiện đại. Đời sống công
nghiệp đã thúc đẩy nhu cầu giao thông vận tải tăng lên, dẫn tới sự xung đột giao
thông tại những vị trí tuyến đường giao cắt cùng mức. Chính yêu cầu cần phải giải
quyết các xung đột giao thông nhằm góp phần giải phóng sức mạnh cho nền kinh tế,
các nút giao khác mức đã được ra đời trong các đô thị công nghiệp hiện đại ở Anh,
Pháp, Mỹ .. như London, Paris, New York. Đặc biệt tại Hoa Kỳ nút giao thông khác
mức và quá trình nghiên cứu phát triển cầu cong được phát triển rất sớm và có hệ

thống.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

15

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990, AASHTO và FHWA
(Federal Highway Administration – FHWA – Cục đường bộ Liên bang Mỹ) nhận
thấy nhu cầu phải giải quyết các vấn đề về thiết kế và thi công các cầu đường bộ
dầm thép cong trên mặt bằng. Thông qua Chương trình NCHRP (National
Cooperative Highway Research Program – NCHRP – Chương trình nghiên cứu
đường bộ phối hợp quốc gia), AASHTO đã thực hiện việc xem xét lại toàn bộ Tiêu
chuẩn chỉ dẫn cho cầu đường bộ cong trên mặt bằng (AASHTO Guide
Specifications for Horizontally Curved Highway Bridges) được xuất bản lần đầu
năm 1980. Tiêu chuẩn này dựa trên kết quả nghiên cứu trong những năm cuối 1960
và đầu 1970 bởi một nhóm các nhà nghiên cứu gọi là "Tổ chức của các nhóm
nghiên cứu đại học" (Consortium of University Research Teams – CURT). Do đó
dẫn tới sự ra đời của bản Tiêu chuẩn thiết kế cải tiến cầu đường bộ dầm thép cong
trên mặt bằng (Improved Design Specifications for Horizontally Curved Steel
Girder Highway Bridges), xuất bản năm 1993; phiên bản này đưa ra Tiêu chuẩn
thiết kế theo hệ số tải trọng (Load Factor Design – LFD) và thi công dựa trên tri
thức lúc bấy giờ để giải quyết nhiều vấn đề đi liền với việc thiết kế và thi công các
kết cấu này. Tiêu chuẩn chỉ dẫn 1980 chỉ được viết theo đường lối Thiết kế theo

ứng suất cho phép (Allowable Stress Design – ASD). Trong khi đó, Tiêu chuẩn chỉ
dẫn 1993 lại được viết dưới cả hai dạng thiết kế theo ứng suất cho phép (ASD) và
thiết kế theo hệ số tải trọng (LFD). Chương trình NCHRP tiếp tục nghiên cứu cải
tiến, và đưa ra phiên bản mới chỉ viết theo phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng
(LFD), và được xuất bản năm 2003.
Trong khi tiêu chuẩn thiết kế theo hệ số tải trọng (LFD) vẫn đang được hoàn
thiện dần, thì năm 1999 FHWA và một số tổ chức khác lại bắt đầu tiến hành nghiên
cứu mạnh mẽ để nâng cao sự hiểu biết về ứng xử của cầu thép nói chung và cầu
cong trên mặt bằng nói riêng. NCHRP được FHWA tài trợ để phát triển quy trình
thiết kế cầu cong theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (load and resistance factor
design - LRFD) của AASHTO. Nghiên cứu của FHWA bao gồm cả các thí nghiệm
trên một cầu dầm I theo mô hình thực, và từ nghiên cứu này cũng đem lại kiến thức
về khả năng chịu tải về mômen uốn và lực cắt của các cầu dầm “I” cong trên mặt
Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

16

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

bằng. Việc nghiên cứu tính toán đã đưa đến sự hợp nhất của các phương trình thiết
kế dùng cho dầm thép thẳng và dầm thép cong.
Tiểu ban đường bộ của AASHTO về Cầu và Kết cấu khác đã bỏ phiếu chấp thuận
các kết quả nghiên cứu mới đối với dầm thẳng vào năm 2003 và đối với dầm cong
vào năm 2004. Các quy định về thiết kế dầm thẳng đã được xuất bản trong lần ấn bản
thứ ba của Tiêu chuẩn thiết kế AASHTO LRFD 2004. Các quy định về thiết kế cầu

dầm thép cong trên mặt bằng (Design specifications for horizontally curved steel
girder bridges) đã được xuất bản trong bản in Giữa kỳ năm 2006 của Tiêu chuẩn
thiết kế cầu LRFD AASHTO (AASHTO LRFD Bridge Design Specifications:
Customary U.S. units Third Edition 2006 Interim). AASHTO hiện cung cấp các ví
dụ tính toán chi tiết minh họa cho việc áp dụng tiêu chuẩn này cho việc thiết kế một
cầu dầm “I” và một cầu dầm hộp.
.1.2.2.

Nghiên cứu tính toán kết cấu cầu cong tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn thiết kế và thi công cầu đều được biên soạn dựa
trên cơ sở Tiêu chuẩn thiết kế của Hoa Kỳ cụ thể: Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN
272-05 của Việt Nam biên soạn dựa trên Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng
và hệ số sức kháng của AASHTO (American Association of State Highway and
Transportation Officials – AASHTO – Hiệp hội Đường và Giao thông Hoa Kỳ),
xuất bản lần thứ hai năm 1998, bản in dùng hệ đơn vị quốc tế SI (AASHTO LRFD
Bridge Design Specifications SI Units Second Edition 1998); Tiêu chuẩn cơ sở
TCCS 02:2010/TCĐBVN biên dịch từ Tiêu chuẩn thi công cầu đường bộ AASHTO LRFD (AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications) phiên bản
ban hành năm 2004 và có bổ sung các sửa đổi của các phiên bản năm 2007. Các tiêu
chuẩn này đều chưa được cập nhật các sửa đổi liên quan tới kết cấu cầu cong.
Hiện nay, Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 của Việt Nam chưa có chỉ dẫn nào về tính
toán cho các cầu cong trên mặt bằng. Tuy nhiên, có nhiều nghiên cứu về cầu cong
đã được thực hiện, cụ thể trong phạm vi trường Đại học Xây dựng với các luận văn
thạc sỹ kỹ thuật như sau:

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012

Trường Đại học Xây Dựng

17

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

[1] - Phạm Văn Thái (2004), “Nghiên cứu một số vấn đề thiết kế tính toán cầu
cong”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Cầu - Tuynen trên đường giao
thông, Đại học Xây dựng.
[2] - Nguyễn Văn Mỹ (2004), “Nghiên cứu kết cấu cầu cong trong thành phố”,
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Cầu - Tuynen trên đường giao thông, Đại
học Xây dựng.
[3] - Nguyễn Hữu Việt (2004), “Lựa chọn kết cấu và công nghệ thi công kết cấu
cầu vượt bê tông cốt thép thẳng và cong”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành
Cầu - Tuynen trên đường giao thông, Đại học Xây dựng.
[4] - Trần Quang Thanh (2005), “Nghiên cứu một số vấn đề về thiết kế và công
nghệ xây dựng cầu cong”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Cầu - Tuynen
trên đường giao thông, Đại học Xây dựng.
[5] - Ngô Đinh Sơn (2007), “Nghiên cứu tính toán và ứng dụng kết cấu cầu cong
trong các nút giao thông khác mức tại thành phố Đà Nẵng”, Luận văn thạc sỹ kỹ
thuật chuyên ngành Cầu - Tuynen trên đường giao thông, Đại học Xây dựng.
[6] - Nguyễn Hữu Châu (2008), “Nghiên cứu tính toán dầm cầu cong bê tông cốt
thép dự ứng lực chịu uốn, cắt và xoắn đồng thời”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên
ngành xây dựng cầu hầm, Đại học Xây dựng.
[7] - Lê Mạnh Cường (2010), “Nghiên cứu tính toán lựa chọn một số tiết diện
hợp lý trong kết cấu cầu cong”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng
cầu hầm, Đại học Xây dựng.
[8] - Phạm Anh Kiệt (2010), “Nghiên cứu ảnh hưởng của co ngót, từ biến của
bêtông trong tính toán kết cấu cầu cong”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành
xây dựng cầu hầm, Đại học Xây dựng.

[9] - Trần Việt Dũng (2011), “Nghiên cứu tính toán kết cấu cầu cong đường sắt
đô thị”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cầu hầm, Đại học Xây
dựng.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

18

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

[10]- Nguyễn Thành Công (2014), “Nghiên cứu sự phân bố nội lực theo phương
ngang cầu của kết cấu nhịp cầu cong trên mặt bằng nhịp đơn giản”. Luận văn thạc
sỹ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cầu hầm, Đại học Xây dựng.
Các luận văn [1], [2], [4], [5] hướng nghiên cứu tương tự với đề tài (nghiên cứu
tính toán kết cấu cầu cong) tuy nhiên cách tiếp cận, phương pháp khảo sát, nội dung
nghiên cứu là hoàn toàn khác với hướng nghiên cứu của đề tài này. Cụ thể:
Bảng 1.1: So sánh các đề tài đã thực hiện với hướng đề tài đang nghiên cứu
Luận
văn
[1]

Phương pháp khảo sát,

Nội dung nghiên cứu
cơ sở nghiên cứu

+ Quy trình thiết kế cầu + Nghiên cứu sự thay đổi nội lực cầu
cống theo trạng thái giới hạn dầm cong theo bán kính cong và chiều
22TCN 18-79.

dài nhịp.

+ Sử dụng phương pháp số + Nghiên cứu sự làm việc cùa cầu dầm
khảo sát cầu dầm cong (mô cong chịu uốn xoắn đồng thời và uốn
[2]

hình phần tử thanh).
ngang.
+ Quy trình thiết kế cầu + Đề xuất một vài dạng kết cấu cầu cạn,
cống theo trạng thái giới hạn cầu vượt phù hợp với điều kiện Việt
22TCN 18-79.

Nam.

+ Sử dụng phương pháp số + Lập chương trình tính toán đường ảnh
khảo sát cầu dầm cong (mô hưởng nội lực trong kết cấu nhịp cong.
hình phần tử thanh).

+ Nghiên cứu sự thay đối nội lực trong
kết cấu cong khi bán kính thay đổi.
+ Tính toán nội lực kết cấu nhịp cầu
cong trong nút giao thông phía đông cầu

[4]

Nguyễn Văn Trỗi và cầu Trần Thị Lý.

+ Quy trình thiết kế cầu + Các tham số cơ bản về cấu tạo và công
cống theo trạng thái giới hạn nghệ xây dựng cầu cong phù hợp với
22TCN 18-79.

[5]

điều kiện Việt Nam

+ Các phương pháp tính toán sử dụng.
+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu + Phân tích và tuyển chọn các dạng cầu

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012


Trường Đại học Xây Dựng

19

22TCN 272-05.

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

cạn cầu vượt áp dụng cho Việt Nam

+ Sử dụng phương pháp số + Nghiên cứu sự thay đổi nội lực cầu
khảo sát cầu dầm cong (mô dầm cong theo bán kính cong và chiều
hình phần tử thanh).

dài nhịp.
+ Nghiên cứu sự làm việc của cầu dầm
cong chịu uốn xoắn đồng thời và uốn

Đề tài

ngang
+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu + Tìm hiểu các lý thuyết tính toán cầu

đang

22TCN 272-05.

nghiên
cứu

cong: lý thuyết thanh cong; phần tử hữu

+ Sử dụng phương pháp số hạn với phần tử tấm.
khảo sát kết cấu nhịp cầu + Nghiên cứu sự phân bố nội lực theo
cong (mô hình phần tử tấm).

phương ngang cầu.

Kết luận:
Hướng nghiên cứu của đề tài trong phạm vi các luận văn thạc sỹ kỹ thuật tại
trường Đại học Xây dựng là chưa có tác giả nào nghiên cứu.

Học viên: Trần Anh Tuấn

Lớp cao học Cầu hầm 11/2012