Bài giảng Mố trụ cầu đại học xây dựng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (32 MB, 274 trang )
8/13/2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
Website:
Website: />
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG
MỐ TRỤ CẦU
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học: />Hà Nội, 8‐2013
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Như Khải, Phạm Duy Hoà, Nguyễn Minh Hùng,
“Những vấn đề chung và mố trụ cầu”, NXB Xây dựng,
Hà Nội, 2000.
2. Nguyễn Trâm, Nguyễn Tiến Oanh, Lê Đình Tâm, Phạm
Duy Hoà, “Xây dựng móng mố trụ cầu”, NXB Xây dựng,
Hà Nội, 1997.
3. Bộ GTVT, "Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272.05",
NXB GTVT, Hà Nội, 2005.
4. Wai Fan Chen and Lien Duan, “Bridge Engineering
Handbook”, NXB CRC press, NewYork, 2000.
5. Richard M.Baker, Jay A.Pucket, “Design of highway
bridge”, NXB MC Graw Hill, 1997.
2
1
8/13/2013
CHƯƠNG I
Khái niệm về mố trụ cầu
3
Nội dung chương 1
• 1.1. Nhiệm vụ, chức năng của mố trụ cầu
– Định nghĩa, nhiệm vụ chức năng của trụ
– Định nghĩa, nhiệm vụ chức năng của mố
• 1.2. Phân loại mố trụ cầu:
–
–
–
–
Theo vật liệu (đá xây, bê tông, BTCT, thép…)
Theo khối lượng (nặng, nhẹ)
Theo đặc điểm chịu lực (cứng, dẻo...)
Theo hệ thống kết cấu nhịp (mố trụ cầu dầm, cầu vòm, cầu
khung, cầu treo...)
4
2
8/13/2013
1.1. Nhiệm vụ, chức năng của mố trụ cầu
• Định nghĩa mố trụ:
– Là bộ phận kê đỡ kết cấu nhịp, tiếp nhận toàn bộ tải trọng từ
kết cấu nhịp và truyền xuống nền đất qua kết cấu móng.
• Trụ cầu?
– Vị trí:
• Trụ được xây dựng ở giữa hai nhịp kề nhau (thường hay
nằm trong dòng chảy).
– Nhiệm vụ:
• Đỡ kết cấu nhịp.
• Với trụ ở lòng sông cần có hình dáng hợp lý để ít gây cản
trở dòng chảy và tránh hiện tượng xói dưới bệ móng
5
Nhiệm vụ, chức năng của mố trụ cầu (t.theo)
– Tải trọng tác dụng lên trụ:
• Trụ cầu chịu áp lực truyền từ kết cấu nhịp.
• Với trụ ở dưới sông còn chịu thêm tác dụng của dòng chảy
và lực va đập của tàu bè, cây trôi.
L
l
ltt
1
2
MNCN
MNTT
MNTN
4
l0
3
H
hkt
Hc
3
4
6
3
8/13/2013
Nhiệm vụ, chức năng của mố trụ cầu (t.theo)
• Mố cầu?
– Vị trí:
• Mố cầu được xây dựng ở vị trí tiếp giáp giữa đường và cầu.
7
Nhiệm vụ, chức năng của mố trụ cầu (t.theo)
– Nhiệm vụ:
• Đỡ kết cấu nhịp
• Đảm bảo ổn định cho nền đường đầu cầu
• Là kết cấu nối tiếp giữa đường và cầu nên mố cần được cấu
tạo để đảm bảo không thay đổi độ cứng của tuyến đường
một cách đột ngột, giúp xe chạy êm thuận khi qua cầu.
• Tránh xói lở bờ sông
– Tải trọng tác dụng lên mố:
• Phản lực truyền từ kết
cấu nhịp
• Áp lực của đất
8
4
8/13/2013
Nhiệm vụ, chức năng của mố trụ cầu (t.theo)
• Yêu cầu khi thiết kế mố trụ cầu:
– Mố trụ cầu là công trình thuộc kết cấu phần dưới, thường nằm
trong vùng ẩm ướt => dễ bị xâm thực, xói lở, bào mòn…
– Việc thi công, sửa chữa, thay đổi mố trụ cầu rất khó khăn.
Khi thiết kế cần chú ý thiết kế sao cho phù hợp với địa hình,
địa chất, phù hợp với điều kiện kỹ thuật cụ thể và dự đoán
trước được sự phát triển tải trọng.
Khi thiết kế mố trụ cần đảm bảo những yêu cầu về kinh tế, kỹ
thuật, xây dựng và khai thác.
• Kinh tế, kỹ thuật: mố trụ sử dụng vật liệu hợp lý, các kích thước có trị số nhỏ
nhưng vẫn đảm bảo về cường độ, độ cứng, độ ổn định, không bị xói lở, lún,
sụt.
• Xây dựng: thuận tiện cho thi công, dễ cơ giới hóa thi công
• Khai thác: cho phép thoát nước êm thuận dưới cầu, đảm bảo mỹ quan…
9
1.2. Phân loại mố trụ cầu
• Phân loại theo vật liệu
– Mố trụ bằng đá xây
– Mố trụ bằng bê tông hoặc bê tông đá hộc
– Mố trụ bằng bê tông cốt thép
• Đổ tại chỗ
• Lắp ghép
• Bán lắp ghép
– Mố trụ bằng thép
• Thích hợp cho cầu vượt, cầu cạn và kết cấu cầu tạm…
10
5
8/13/2013
Phân loại mố trụ cầu (t.theo)
• Phân loại theo hình thức cấu tạo
– Mố trụ nặng
• Có kích thước lớn, khối lượng lớn
• Kết cấu toàn khối nặng nề được làm bằng đá xây hoặc bê
tông
• Kết cấu vững chắc, có độ ổn định cao
• Tốn vật liệu và dẫn đến tốn kém cho kết cấu nền móng.
– Mố trụ nhẹ
• Có kết cấu thanh mảnh, được làm bằng bê tông cốt thép
• Khối lượng vật liệu giảm đi đáng kể so với mố trụ nặng
11
Phân loại mố trụ cầu (t.theo)
• Phân loại theo đặc điểm chịu lực (theo độ cứng dọc cầu)
– Mố trụ cứng
• Có độ cứng lớn và có khả năng độc lập tiếp nhận toàn bộ
tải trọng ngang truyền từ kết cấu nhịp và từ nền đất đắp.
Được dùng phổ biến ở hầu hết các công trình cầu.
– Mố trụ dẻo
• Có độ cứng nhỏ, kết cấu nhịp là những dầm đơn giản kê cố
định lên đỉnh trụ, mố. Chuyển vị tại các gối cầu được đảm
bảo do mố, trụ có độ cứng nhỏ.
• Tải trọng nằm ngang theo phương dọc cầu từ kết cấu nhịp
được truyền xuống các trụ và được phân phối tỉ lệ với độ
cứng của mố, trụ.
Ít dùng, thường áp dụng cho các cầu nhịp ngắn (< 12m)
hoặc cầu dẫn.
12
6
8/13/2013
Phân loại mố trụ cầu (t.theo)
• Phân loại theo hệ thống kết cấu nhịp
–
–
–
–
Mố trụ không chịu lực đẩy ngang (cầu dầm)
Mố trụ có chịu lực đẩy ngang (cầu vòm)
Mố trụ cầu khung
Mố trụ cầu treo
• Dây văng
• Dây võng
13
7
8/16/2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
Website:
Website: />
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG
MỐ TRỤ CẦU
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học: />Hà Nội, 8‐2013
CHƯƠNG II
Cấu tạo mố cầu dầm
14
1
8/16/2013
Nội dung chương 2
• 2.1. Các bộ phận của mố cầu
– Chức năng và các kích thước cơ bản
• 2.2. Cấu tạo mố cầu và phạm vi áp dụng
– Mố nặng bằng bê tông và đá xây: mố kê, mố chữ U, mố chữ
nhật, mố vùi, mố chữ T, mố chữ thập, mố có tường cánh xiên...
– Mố bằng bê tông cốt thép: mố chữ U (tường mỏng), mố vùi
tường, mố cọc, mố cột, mố chân dê...
15
2.1. Các bộ phận của mố cầu
• (1) Tường đỉnh
• (2) Mũ mố
4
1
2
6
3
• (3) Tường trước
5
• (4) Tường cánh
• (5) Móng mố
• (6) Mô đất phần tư nón
16
2
8/16/2013
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
• (1) Tường đỉnh
4
– Là bộ phận chắn đất
sau dầm chủ hoặc
dầm mặt cầu.
– Có chiều cao từ mặt
mũ mố tới mặt cầu.
1
2
6
3
5
17
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
• (2) Mũ mố
– Là bộ phận kê đỡ kết cấu
nhịp và trực tiếp chịu áp
lực từ kết cấu nhịp truyền
xuống.
4
1
2
6
3
5
18
3
8/16/2013
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
• (3) Tường trước
4
– Còn được gọi là tường
thân mố.
– Làm nhiệm vụ tường
chắn đất đồng thời đỡ
tường đỉnh và mũ mố.
1
2
6
3
5
19
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
• (4) Tường cánh
– Là tường chắn đất để
đảm bảo ổn định cho
nền đường đầu cầu.
4
1
2
6
3
5
20
4
8/16/2013
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
• (5) Móng mố
4
– Đỡ tường thân mố, tường
cánh và truyền áp lực
xuống kết cấu móng.
– Nếu kết cấu móng là
móng cọc thì bệ mố đồng
thời là đài cọc
– Nếu địa chất tốt, bệ mố
đặt trên nền thiên nhiên
thì bệ mố làm luôn chức
năng của móng
1
2
6
3
5
21
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
• (6) Mô đất phần tư nón
– Có tác dụng giữ ổn định
cho taluy nền đường
đầu cầu.
– Hướng cho dòng chảy êm
thuận.
4
1
2
6
3
5
22
5
8/16/2013
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
• (7) Một số bộ phận khác …
–
–
–
–
Bản quá độ,
Bản giảm tải
Tường tai (tạo mỹ quan, chắn rác và nước vào gối cầu)
Bản chắn, tường chống...
23
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
• Xác định kích thước cơ bản của mố
Hình dạng mố và các kích thước cơ bản của mố phụ thuộc vào
các yếu tố sau:
– Điều kiện thủy văn
– Điều kiện địa chất
– Chiều cao cầu
– Chiều dài nhịp
– Bề rộng cầu
– …
24
6
8/16/2013
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
Cao độ đỉnh móng (đỉnh bệ mố):
– Cao độ đỉnh móng có thể chọn dựa vào các điều kiện:
• Điều kiện làm việc của mố trong quá trình khai thác
• Thuận tiện cho thi công
• Tính kinh tế cao
– Với cầu cạn, cao độ đỉnh móng thường đặt tại cao độ mặt đất
(trừ các loại mố vùi).
– Với cầu qua sông, cao độ đỉnh móng thường đặt dưới MNTN
0.5m để đảm bảo yêu cầu mỹ quan và giảm thắt hẹp dòng
chảy.
25
Các bộ phận của mố cầu (t.theo)
Cao độ đỉnh mũ mố :
– Cao độ đỉnh mũ mố phải cao hơn MNCN tối thiểu 0.25m để
đảm bảo gối cầu khô ráo trong mùa lũ
– Cao độ đỉnh mũ mố còn phải đảm bảo cho cao độ đáy dầm
cao hơn MNCN tối thiểu
• 1m trong trường hợp sông có cây trôi vật trôi và tối thiểu
• 0.5m trong trường hợp không có cây trôi vật trôi.
26
7
8/16/2013
2.2. Cấu tạo mố cầu
A. MỐ NẶNG
• 2.2.1. Mố chữ nhật
1. Thân mố; 2. Móng mố; 3. Kết cấu nhịp
– Là dạng mố cầu đơn giản
nhất làm bằng đá xây hoặc
bê tông (mố nặng).
– Cấu tạo mố gồm 2 bộ phận
là thân mố và móng mố đều
có dạng chữ nhật đặc.
– Toàn bộ thân và móng mố
đều được chôn trong nền
đường đầu cầu
27
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Đặc điểm mố chữ nhật:
• Khối lượng lớn, rất tốn vật liệu
• Tiếp nối giữa đường và cầu không đảm bảo êm thuận cho
xe chạy
• Các bộ phận bằng thép của phần kết cấu nhịp vùi trong nền
đất dễ bị gỉ
– Phạm vi áp dụng:
• Ít dùng do những nhược điểm về cấu tạo và do tốn vật liệu
=> chỉ dùng cho các cầu nhịp nhỏ, khổ hẹp, lòng sông
không sâu;
• Trong thực tế, với các cầu khổ hẹp đôi khi vẫn áp dụng mô
hình mố chữ nhật nhưng có cấu tạo hoàn chỉnh hơn.
28
8
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
Mố chữ nhật cấu tạo hoàn chỉnh:
‐ Cấu tạo thêm tường đỉnh
‐ Bề mặt mố vuốt dốc
29
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
Mố chữ nhật khoét rỗng:
‐ Giúp giảm khối lượng vật liệu
‐ Ít cản trở dòng chảy hơn
‐ Tăng tính mỹ quan
30
9
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
• 2.2.2. Mố kê
1. Tường đỉnh; 2. Thân mố; 3. Móng mố; 4. Tường cánh; 5. Tường tai
(mố kê áp dụng khi lớp địa chất tốt nằm gần mặt đất tự nhiên)
31
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Mố kê là một dạng mố chữ nhật có chiều cao thấp, áp dụng
khi lớp địa chất tốt nằm gần mặt đất tự nhiên.
– Thân mố đồng thời giữ vai trò mũ mố để đỡ kết cấu nhịp và
tựa lên móng trên nền thiên nhiên.
– Tường đỉnh và tường tai được cấu tạo để tránh hiện tượng đất
phủ đầu dầm và gối cầu.
– Ngoài ra có thể cấu tạo thêm tường cánh để giữ ổn định cho
nền đường đắp đầu cầu.
32
10
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
• 2.2.3. Mố chữ U
1. Tường đỉnh; 2. Mũ mố; 3. Tường
trước; 4. Móng; 5. Tường cánh; 6.
Đá kê gối; 7. Taluy khối nón; 8. Kết
cấu thoát nước sau mố.
– Khi chiều cao mố lớn và
cầu có khổ rộng, để giảm
bớt vật liệu cho mố chữ
nhật => khoét rỗng phần
trong thân mố, bằng cách
này, mố trở thành mố
chữ U
33
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Mố chữ U là loại mố toàn khối bằng đá xây hoặc bê tông (được
áp dụng phổ biến khi chiều cao đất đắp H = 4‐6m, cá biệt lên
tới 8‐10m).
– Nhiệm vụ của tường thân mố (3)
• Đỡ mũ mố và tường đỉnh
• Làm tường chắn giữ cho
đất nền đường đầu cầu
không bị sụt về phía sông
34
11
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Cấu tạo của tường thân mố (3)
• Thân mố vừa chịu áp lực thẳng đứng và áp lực ngang của
đất (theo phương dọc cầu).
• => Chiều dày tường
thân mố giảm dần
theo chiều cao (từ
dưới lên trên) và mặt
trước của tường thân
mố thường được cấu
tạo thẳng đứng.
35
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Nhiệm vụ của tường cánh (5)
• Giữ đất đắp bên trong
được ổn định
• Liên kết với tường thân
mố để giúp tường thân
mố chịu lực tốt hơn
– Cấu tạo của tường cánh (5)
• Trong mố chữ U, tường
cánh được làm thẳng góc
và liền khối với tường thân
mố. Tường cánh tựa trên bệ mố và chiều dày tường giảm
dần dần theo chiều cao (từ dưới lên trên).
36
12
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
• Để giữ ổn định cho đỉnh khối phần tư nón và nối tiếp chắc
chắn giữa đường với cầu, đuôi tường cánh phải ngàm sâu
trong nền đường đầu cầu tối thiểu:
0.65m khi chiều cao
đất đắp < 6m
1.00m khi chiều cao
đất đắp > 6m
37
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
• Với mố nặng bằng bê tông, khoảng cách giữa 2 mép ngoài
tường cánh có thể lấy bằng tổng bề rộng cầu
Tuy nhiên, để tiết kiệm có thể lấy khoảng cách này bằng
chiều rộng đường xe chạy => phần đường bộ hành trên mố
ngàm vào tường cánh.
38
13
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Móng mố (4)
• Móng mố có thể đặt trên nền thiên nhiên, nền cọc, hoặc
giếng chìm tùy theo từng điều kiện địa chất.
– Ưu điểm của mố nặng chữ U so với mố chữ nhật:
• Khả năng chịu lực tốt hơn
• Ổn định chống lật tốt hơn, khả năng chống trượt cao hơn
• => trước đây được áp dụng khá rộng rãi trong cầu đường
bộ và đường sắt khổ rộng (hiện nay ít áp dụng do sử dụng
vật liệu BTCT có khả năng tiết kiệm vật liệu hơn).
39
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
Mố chữ U bằng đá xây
40
14
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
• 2.2.4. Mố chữ T và mố chữ thập
a)
I
b)
I
II
II
I-I
II - II
– Thường được áp dụng trong các cầu đường sắt khổ đơn có
chiều cao mố lớn.
41
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Mố chữ T thực chất là mố chữ nhật có phần thân sau được thu
hẹp trong khi phần thân trước được giữ nguyên đảm bảo bề
rộng cần thiết để kê gối.
• Khối lượng vật liệu giảm đáng
kể so với mố hình chữ nhật
• Tường trước làm nhiệm vụ
chắn đất trượt ra phía sông
• Tường dọc có tác dụng tăng
độ cứng và ổn định chung
của mố đồng thời đảm bảo
tiếp nối giữa đường và cầu.
42
15
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Đối với mố chữ T có chiều cao lớn có thể cấu tạo thêm tường
chống phía trước để tăng cường ổn định cho mố.
=> mố có dạng mố chữ thập
43
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
• 2.2.5. Mố có tường cánh xiên
– Một biến thể của mố chữ U là mố có tường cánh xiên.
• Tường cánh được bố trí xiên góc với tường trước
1. Tường trước;
2. Móng tường trước;
3. Tường cánh xiên;
4. Móng tường cánh xiên.
44
16
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Do diện tích chắn đất giảm và hầu như không chịu áp lực đất
đẩy ngang do hoạt tải nên khối lượng tường cánh xiên giảm
=> tiết kiệm vật liệu tường cánh
– Tường cánh xiên có tác dụng hướng cho dòng chảy êm thuận
=> tránh xói lở nền đường
– Mố tường cánh xiên làm việc bất lợi hơn kết cấu có tường
cánh dọc (mố chữ U) đặc biệt là điều kiện ổn định chống lật
của tường trước kém
=> mố tường cánh xiên ít được áp dụng
45
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
• 2.2.6. Mố vùi
– Với chiều cao đất đắp
từ 5‐6m trở lên (có thể
tới 20m), mố chữ U
không còn thích hợp
do khối lượng vật liệu
quá lớn
=> chuyển sang sử
dụng mố vùi
1. Tường đỉnh; 2. Mũ mố; 3. Tường thân mố;
4. Móng; 5. Tường cánh; 6. Đá kê gối
46
17
8/16/2013
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Một phần của tường thân
1
mố được vùi trong mô đất
6
đường đầu cầu
2
5
– Tường cánh của mố vùi có MNCN
3
cấu tạo hẫng được ngàm
vào tường trước và được
chôn vào nền đường
– Để tăng ổn định chống lật,
4
thân mố được làm nghiêng
về phía nền đường
– Chiều dày tường thân mố tăng dần từ trên xuống; độ nghiêng
của mặt trước từ 3:1 đến 2:1, mặt sau từ 12:1 đến 5:1.
47
Cấu tạo mố cầu (t.theo)
– Độ dốc taluy của khối nón
ở phần tiếp giáp với mặt
bên mố lấy bằng 1:1 tới
1:1.25; phần ngập nước
lấy không vượt quá 1:1.5
– Điểm giao của khối nón
với mặt trước của mố
phải cao hơn MNCN tối
thiểu 0.5m để không bị
xói lở đỉnh taluy.
1
6
2
5
MNCN
3
4
48
18
