Thiết kế và xây dựng cầu bê tông cốt thép Đại học Xây dựng

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.
1.1.1.
1.2.
1.3.
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.4.
1.5.
1.6.

1.6.1.
1.6.2.
1.6.3.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.

Sơ lợc lịch sử phát triển cầu BTCT .................................................................. 7
Việt Nam: ............................................................................................................... 9
Phơng hớng phát triển .................................................................................. 11
Đặc điểm cơ bản của cầu BTCT ....................................................................... 12
Vật liệu: ................................................................................................................ 12
Ưu điểm:............................................................................................................... 12
Nhợc điểm .......................................................................................................... 12
Phạm vi áp dụng ................................................................................................ 12
Các Tiêu chuẩn thiết kế..................................................................................... 12
Hệ thống cầu dầm:............................................................................................. 14
Cầu dầm, cầu bản nhịp giản đơn........................................................................... 14
Cầu dầm mút thừa:................................................................................................ 14
Cầu dầm Liên tục:................................................................................................. 16
Hệ thống cầu khung........................................................................................... 17
Hệ thống cầu Vòm: ............................................................................................ 19
Hệ Liên hợp v cầu treo: ................................................................................... 19
Hệ thống cầu dn BTCT: .................................................................................. 21

2.

Vật liệu dùng trong cầu Bê tông cốt thép ............................................22

2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.2.1.
2.1.2.2.
2.1.2.3.
2.2.
2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.

Bê tông ................................................................................................................ 22
Yêu cầu chung ...................................................................................................... 22
Một số tính năng cơ lý của bê tông....................................................................... 22
Cờng độ............................................................................................................. 22
Biến dạng của BT............................................................................................... 23
Mô đuyn đn hồi (nén) v mô đuyn cắt:.......................................................... 24
Cốt thép .............................................................................................................. 25
Yêu cầu:................................................................................................................ 25
Một số tính năng cơ lý chủ yếu ............................................................................ 25
Chế tạo cốt thép .................................................................................................... 26

3.

Cầu bản Bê tông cốt thép .................................................................................27

3.1.
3.2.
3.3.
3.4.

3.4.1.
3.4.2.
3.5.

Đặc điểm ............................................................................................................. 27
Các sơ đồ cầu bản .............................................................................................. 27
Cấu tạo cầu bản đúc tại chỗ.............................................................................. 28
Cấu tạo cầu bản lắp ghép v bán lắp ghép...................................................... 32
Cầu bản lắp ghép................................................................................................... 32
Cầu bản bán lắp ghép............................................................................................ 35
Cầu đờng sắt..................................................................................................... 37

4.
trớc

Cầu dầm giản đơn BTCT thờng v bê tông cốt thép ứng suất
38

4.1.
4.2.
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
4.2.4.
4.2.5.
4.3.

Khái niệm về cầu dầm BTCT:.......................................................................... 38
Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn ton khối....................................................... 38
Phần Bản ............................................................................................................... 39

Dầm chủ................................................................................................................ 39
Dầm ngang............................................................................................................ 39
Dầm dọc phụ......................................................................................................... 40
Ví dụ ..................................................................................................................... 40
Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn lắp ghép ........................................................ 40


Giáo trình Cầu BTCT
4.3.1.
4.3.2.
4.3.3.
4.3.4.
4.3.5.
4.3.6.
4.4.
4.5.
4.5.1.
4.5.2.
4.5.3.
4.5.4.
4.5.5.
4.5.6.
4.5.7.
4.6.
4.7.
4.7.1.

2

4.8.

4.8.1.
4.8.2.
4.8.2.1.
4.8.2.2.
4.8.2.3.
4.9.
4.9.1.
4.10.
4.10.1.
4.10.2.
4.10.3.
4.10.4.
4.10.4.1.
4.10.4.2.
4.10.4.3.
4.10.5.
4.11.
4.11.1.
4.11.2.
4.11.3.
4.12.

Khái niệm: ............................................................................................................ 40
Phân loại (Các sơ đồ mặt cắt ngang) .................................................................... 42
Các phơng pháp phân khối trong kết cấu nhịp lắp ghép ..................................... 42
Cấu tạo mối nối..................................................................................................... 43
Các kích thớc cơ bản........................................................................................... 44
Cầu dầm giản đơn trên đờng sắt ......................................................................... 46
Kết cấu Bán lắp ghép......................................................................................... 46
bố trí cốt thép .................................................................................................... 46

Cốt thép bản mặt cầu ............................................................................................ 46
Cốt chủ.................................................................................................................. 47
Cốt thép chống co ngót:........................................................................................ 48
Cốt xiên................................................................................................................. 49
Cốt đai: ................................................................................................................. 49
Mối nối ................................................................................................................. 50
Một số yêu cầu khác ............................................................................................. 50
Khái niệm về kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trớc (BTCTUST):............ 51
Các phơng pháp tạo ứng suất trớc trong bê tông ....................................... 51
Phơng pháp kéo cốt thép trớc khi đổ bê tông (phơng pháp căng trớc - căng
trên bệ) ................................................................................................................. 51
Phơng pháp kéo cốt thép sau khi đổ bê tông (phơng pháp căng sau - căng trên
bê tông) ................................................................................................................ 52
Cấu tạo cốt thép ứng suất trớc, neo v kích .................................................. 53
Cốt thép cờng độ cao .......................................................................................... 53
Neo cốt thép UST.................................................................................................. 58
Neo ngầm ............................................................................................................ 58
Neo cốc (Karovkin)............................................................................................ 60
Neo hình côn (neo hình nón cụt)...................................................................... 60
Neo của VSL, OVM v một số hãng khác ....................................................... 61
Kích ...................................................................................................................... 69
Cấu tạo cầu dầm giản đơn BTCTUST............................................................. 72
Đặc điểm chung:................................................................................................... 72
Nguyên lý cấu tạo ................................................................................................. 72
Kích thớc cơ bản ................................................................................................. 81
Bố trí cốt thép ứng suất trớc................................................................................ 82
Yêu cầu chung .................................................................................................... 83
Đối với dầm căng trớc ..................................................................................... 84
Dầm nguyên khối có cốt thép căng sau............................................................ 84
Cốt thép thờng trong dầm UST ........................................................................... 90

Bản liên tục nhiệt ............................................................................................... 92
Cấu tạo sơ đồ kết cấu nhịp liên tục nhiệt .............................................................. 92
Kết cấu bản nối liên tục nhiệt ............................................................................... 93
tính toán kết cấu nhịp liên tục nhiệt...................................................................... 95
Kết cấu nhịp bán liên tục (semi-continue)....................................................... 97

5.

Thiết kế v tính toán cầu dầm Bê tông cốt thép .............................102

5.1.
5.2.
5.2.1.
5.2.2.
5.2.2.1.
5.2.2.2.
5.2.3.

Khái niệm về tính nội lực ................................................................................ 102
Tính Nội lực trong bản mặt cầu ..................................................................... 103
Tải trọng tác dụng:.............................................................................................. 103
Tính nội lực bản mút thừa:.................................................................................. 103
Bản mút thừa trong kết cấu chỉ có mối nối tại dầm ngang.......................... 103
Bản mút thừa của dầm ton khối ................................................................... 104
Tính bản kê hai cạnh có nhịp lm việc lm việc thẳng góc với phơng xe chạy 106

4.7.2.


Giáo trình Cầu BTCT

5.2.3.1.
5.2.3.2.
5.2.3.3.
5.2.3.4.
5.2.4.
5.2.4.1.
5.2.4.2.
5.2.5.
5.2.5.1.
5.2.5.2.
5.2.6.
5.2.6.1.
5.2.6.2.
5.2.6.3.
5.3.
5.3.1.
5.3.2.
5.3.3.
5.3.4.
5.3.4.1.
5.3.4.2.
5.3.4.3.
5.3.5.
5.4.
5.4.1.
5.4.2.
5.4.3.
5.4.3.1.
5.4.3.2.
5.4.3.3.

5.4.3.4.
5.5.
5.5.1.
5.5.2.
5.5.2.1.
5.5.3.
5.6.
5.6.1.
5.6.2.
5.7.
5.7.1.
5.7.1.1.
5.7.2.
5.7.2.1.
5.7.2.2.
5.7.2.3.
5.7.3.
5.7.3.1.
5.7.3.2.
5.7.3.3.
5.7.3.4.

3

Xác định mô men uốn: .................................................................................... 106
Xác định Lực cắt .............................................................................................. 109
Tính bản của dầm hộp .................................................................................... 109
Tính bản mặt cầu của tiết diện T kép ............................................................ 110
Tính bản kê hai cạnh nhịp lm việc song song với phơng xe chạy................... 111
Mô men uốn...................................................................................................... 111

Lực cắt: ............................................................................................................. 112
Bản kê bốn cạnh.................................................................................................. 112
Xác định mô men:............................................................................................ 112
Xác định Lực cắt .............................................................................................. 113
Tính toán bản mặt cầu của kết cấu nhịp không có dầm ngang ........................... 114
Xác định nội lực do tải trọng cục bộ .............................................................. 114
Xác định nội lực do bản lm việc không gian với kết cấu nhịp ................... 114
Xác định nội lực tổng cộng: ............................................................................ 116
Tính hệ số phân phối ngang............................................................................ 116
Phơng pháp đòn bẩy.......................................................................................... 117
Phơng pháp Nén lệch tâm:................................................................................ 117
Phơng pháp coi dầm ngang l dầm liên tục kê lên gối đn hồi ........................ 119
Cách tính hệ số phân phối ngang ........................................................................ 121
Đối với tải trọng tập trung:............................................................................ 121
Tải trọng tập trung: bánh xe ô tô, xe đặc biệt............................................... 122
Đối với tải trọng phân bố ................................................................................ 122
Sự biến đổi của hệ số phân phối ngang theo chiều di nhịp ............................... 123
Tính Nội lực trong dầm dọc của hệ mặt cầu (dầm dọc phụ) ....................... 124
Tĩnh tải:............................................................................................................... 124
Hệ số phân bố ngang .......................................................................................... 124
Xác định Mô men tính toán ................................................................................ 125
Do hoạt tải: ....................................................................................................... 125
Do tĩnh tải:........................................................................................................ 125
Công thức xác định mô men tính toán:.......................................................... 125
Xác định lực cắt tính toán ............................................................................... 126
Tính Nội lực trong dầm ngang........................................................................ 127
Dầm ngang nhiều nhịp........................................................................................ 127
Nội lực do tải trọng cục bộ ................................................................................. 127
Nội lực do dầm ngang tham gia lm việc cùng với kết cấu nhịp ................. 130
Dầm ngang một nhịp .......................................................................................... 131

Xác định nội lực trong dầm chủ ..................................................................... 132
Đờng ảnh hởng nội lực ................................................................................... 132
Nội lực đối với dầm ............................................................................................ 133
Tính toán tiết diện BTCT................................................................................ 135
Khái niệm chung................................................................................................. 135
Các giai đoạn ứng suất v biến dạng trên tiết diện thẳng góc ..................... 135
tính toán dầm theo mô men uốn ......................................................................... 136
Tính tiết diện chữ nhật .................................................................................... 136
Tính tiết diện chữ T ......................................................................................... 138
Mặt cắt xiên với trục của dầm ....................................................................... 140
Tính toán dầm theo lực cắt ................................................................................. 142
Kiểm tra tiết diện bản mặt cầu dới tác dụng của lực cắt ........................... 142
Kiểm tra ứng suất kéo chính tại trục trung ho (TTGH 3) ........................ 142
Kiểm tra ứng suất tiếp tại chỗ tiếp giáp nách với bản cánh chụi nén ......... 143
Kiểm tra cờng độ của tiết diện nghiêng theo lực cắt ................................. 144


Giáo trình Cầu BTCT
5.7.4.
5.7.5.
5.8.
5.8.1.
5.8.2.
5.8.2.1.
5.8.2.2.
5.8.2.3.
5.8.2.4.
5.8.3.
5.8.3.1.
5.8.3.2.

5.8.3.3.
5.8.3.4.
5.8.3.5.
5.8.3.6.
5.8.4.
5.8.5.
5.8.5.1.
5.8.5.2.
5.8.5.3.
5.8.6.
5.8.6.1.
5.8.6.2.
5.8.6.3.
5.8.6.4.
5.8.6.5.
5.8.7.
5.8.7.1.
5.8.7.2.
5.8.7.3.
5.8.8.
5.8.9.
5.8.9.1.
5.8.9.2.
5.8.10.
5.8.10.1.
5.8.10.2.
5.8.10.3.
5.8.11.
5.8.12.
5.8.12.1.

5.8.12.2.
5.8.13.
5.8.13.1.
5.8.13.2.
5.8.13.3.

4

Kiểm tra ổn định chống nứt của dầm.................................................................. 146
Tính độ võng của dầm BTCT.............................................................................. 148
Tính toán dầm BTCT UST ............................................................................. 151
Trình tự tính toán tổng quát ................................................................................ 151
Xác định đặc trng hình học của tiết diện dầm .................................................. 151
Tiết diện nguyên khối có cốt căng trớc khi đổ bê tông............................... 151
Tiết diện liên hợp có cốt căng trớc khi đổ bê tông ...................................... 152
Tiết diện nguyên khối có cốt căng sau khi đổ bê tông .................................. 153
Tiết diện liên hợp có cốt căng sau khi đổ bê tông ......................................... 154
Sự hao ứng suất trong cốt thép............................................................................ 156
Xác định ứng suất hao 5 do lực ma sát gây ra ............................................. 157
Xác định ứng suất hao 4 do Neo v bê tông dới neo biến dạng................ 158
Xác định phần giảm ứng suất (7) do nén đn hồi........................................ 159
Xác định ứng suất hao 6 do chênh lệch nhiệt độ cấu kiện BTCT v bệ .... 161
Xác định ứng suất hao 3 do hiện tợng chùng ứng suất của cốt thép ....... 161
Xác định ứng suất hao 1 v 2 do BT co ngót v từ biến ............................ 162
Xác định ứng suất trong bê tông do ứng lực trớc gây ra................................... 166
Tính toán cờng độ của tiết diện thẳng góc với trục dầm theo mô men tính toán
trong giai đoạn sử dụng...................................................................................... 167
Xác định vị trí trục trung ho: ....................................................................... 168
Trờng hợp trục TH đi qua cánh:.................................................................. 168
Trờng hợp trục TH đi qua sờn ................................................................... 168

Tính toán ổn định chống nứt theo ứng suất pháp................................................ 171
Nội dung kiểm tra 1 ......................................................................................... 172
Nội dung kiểm tra 2 ......................................................................................... 173
Nội dung kiểm tra 3 ......................................................................................... 175
Nội dung kiểm tra 4 ......................................................................................... 176
Đặc điểm về tính toán ổn định chống nứt theo ứng suất pháp của kết cấu
nhịp bản:........................................................................................................... 177
Tính cờng độ do tác dụng của ứng suất cắt v ứng suất nén chính................... 178
Công thức tính toán tổng quát........................................................................ 178
Tính cờng độ do tác dụng của ứng suất cắt .............................................. 183
Tính cờng độ do tác dụng của ứng suất nén chính (khi không có y) ....... 183
Tính ổn định chống nứt do tác dụng của ứng suất kéo chính ............................. 184
Tính toán về trợt trong các mối nối .................................................................. 186
Tính toán về trợt trong các mối nối nằm ngang ......................................... 186
Tính toán về trợt trong các khe nối thẳng đứng ......................................... 186
Tính ứng suất y để xác định nc, kc .................................................................. 187
ứng suất do phản lực gối A ............................................................................. 187
ứng suất do tác dụng của tải trọng tập trung P............................................ 189
ứng suất do tác dụng của tĩnh tải phân bố đều............................................. 189
Kiểm tra ứng suất cốt thép trong giai đoạn khai thác ......................................... 190
Tính cờng độ của tiết diện nghiêng trong giai đoạn khai thác, tính cốt đai...... 191
Theo Mô men uốn:........................................................................................... 191
Theo lực cắt ..................................................................................................... 191
Tính cờng độ v ổn định của dầm trong giai đoạn căng cốt thép ..................... 192
Dầm chịu nén đúng tâm .................................................................................. 192
Dầm chịu nén lệch tâm.................................................................................... 193
Tính ảnh hởng độ võng của dầm.................................................................. 195


Giáo trình Cầu BTCT

5

5.8.13.4.
5.8.14.
5.8.14.1.
5.8.14.2.
5.8.14.3.
5.8.14.4.

Tính các trị số N v NT .................................................................................... 196
độ võng của dầm bê tông cốt thép ứng suất trớc nhịp giản đơn........................ 199
Độ vồng tức thời ............................................................................................... 199
Độ võng do hoạt tải.......................................................................................... 199
Độ võng do tĩnh tải v lực căng của cáp ứng suất trớc............................... 199
Độ vồng cấu tạo................................................................................................ 200

6.

Gối cầu bê tông cốt thép ................................................................................201

6.1.
6.2.
6.2.1.
6.2.2.
6.2.3.
6.2.4.
6.2.5.
6.2.6.
6.2.7.

6.2.8.
6.3.
6.3.1.
6.3.2.
6.3.3.
6.3.3.1.
6.3.3.2.
6.3.3.3.
6.3.3.4.

Khái niệm ......................................................................................................... 201
Các dạng gối cầu .............................................................................................. 201
Gối trợt.............................................................................................................. 201
Gối tiếp tuyến ..................................................................................................... 202
Gối con lăn di động v cố định đối xứng............................................................ 203
Gối cao su (elastomeric bearing) ........................................................................ 203
gối bán cố định (Lead rubber Bearing)............................................................... 205
Gối cong, gối hình cầu........................................................................................ 207
Gối chậu (Pot Bearing) ....................................................................................... 207
Gối đĩa ................................................................................................................ 209
Bố trí v Tính toán gối cầu ............................................................................. 209
Bố trí gối cầu ...................................................................................................... 209
Tính gối thép v bê tông cốt thép........................................................................ 210
Tính gối cao su có tấm thép bên trong................................................................ 212
Kiểm tra ứng suất nén trong cao su ............................................................... 212
Tính chiều dy ton bộ của phần cao su hc trong gối di động theo điều kiện
chịu lực trợt .................................................................................................... 212
Tính góc trợt do phản lực ngang T (do lực hãm)........................................ 212
Kiểm tra độ lún (thẳng đứng) đ của gối ....................................................... 213

7.
đoạn

cầu dầm Bê tông cốt thép thi công bằng phơng pháp phân
214

7.1.
7.2.
7.2.1.
7.2.2.
7.2.3.
7.3.
7.3.1.
7.3.2.
7.3.3.
7.3.3.1.
7.3.3.2.
7.3.3.3.
7.3.4.
7.3.4.1.
7.3.4.2.
7.3.5.
7.3.6.
7.3.6.1.
7.3.6.2.
7.3.6.3.
7.4.
7.4.1.

Khái niệm ......................................................................................................... 214

Thi công trên gin giáo di động (moveable scaffolding system - MSS) ...... 217
Đ giáo nằm phía dới cầu (Underslung MSS) ............................................. 217
Đ giáo nằm phía trên cầu (Overhead MSS).................................................. 218
Bố trí cáp ứng suất trớc ..................................................................................... 219
Cầu dầm BTCTUST thi công bằng phơng pháp hẫng cân bằng .............. 220
Nguyên lý ........................................................................................................... 220
trình tự thi công .................................................................................................. 220
Các kích thớc cơ bản......................................................................................... 223
Tỷ lệ nhịp v tỷ số h/l....................................................................................... 223
Đờng biên dới của dầm: .............................................................................. 223
Mặt cắt ngang: ................................................................................................. 223
Bố trí cáp ứng suất trớc ..................................................................................... 228
Bố trí cáp ứng suất trớc trong bản mặt cầu v sờn dầm.......................... 228
Bố trí cốt thép dầm chủ ................................................................................... 229
Nguyên lý tính toán ............................................................................................ 234
Tính toán độ vồng v cao độ đổ bê tông............................................................. 238
Độ vồng do xe đúc:........................................................................................... 239
Độ vồng i ...................................................................................................... 240
Tính độ võng trong quá trình thi công .......................................................... 241
Cầu dầm BTCTUST thi công bằng Phơng pháp đúc đẩy.......................... 243
khái niệm ............................................................................................................ 243


Giáo trình Cầu BTCT

6

7.4.2.
7.4.3.
7.4.4.

7.4.5.

Phạm vi áp dụng ................................................................................................. 244
Bố trí cốt thép ứng suất trớc căng sau. .............................................................. 244
Các biện pháp giảm mô men lao dầm................................................................. 245
Phơng pháp lao lắp v bệ đúc. .......................................................................... 246

8.

Cầu vòm bê tông cốt thép ..............................................................................247

8.1.
8.2.

Giới thiệu .......................................................................................................... 247
Cấu tạo cơ bản.................................................................................................. 248

9.

Phần phụ lục ..........................................................................................................250


7

Giáo trình Cầu BTCT

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 mỹi
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 Ngaii.
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 ny 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


8

Giáo trình Cầu BTCT

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 voiii, 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
1

2
3
4

Name
Wanxiang
Krk-1 (east span)
Jiangjiehe
Yongjiang

5

Gladesville

6
7
8
9

Ponte da Amizade
Bloukrans
Arrỏbida
Sandử

10
11
12
13
14
15

16
17
18
19
20
21

Location
Yangzi River
Krk Island
Wu River
Guangxi

Country
China
Croatia
China
China

Year
1996
1980
1995
1996

Span
420
390
330
312

Sydney

Australia

1964

305

Parana River
Bloukrans River
Oporto
Kramfors

Brazil/Paraguay
South Africa
Portugal
Sweden

1964
1983
1963
1943

290
272
270
264

Le Pont Chateaubriand

Shibenik
Barelang
Krk-2 (west span)
Jinshajiang-Yibin

La Rance
Shibenic Bay
Sumatra
Krk Island
Sichuan

France
Croatia
Indonesia
Croatia
China

1991
1966
1998
1980
1990

261
246
245
244
240

Beppo-Myouban

Fiumarella
Zaporoze
El Rincon Viaduct

Oita
Catenzaro
Dnepr River
Las Palmas
Danube River

Japan
Italy
Ukraine
Spain
Yugoslavia

1989
1961
1952
1994
1961

235
231
228
227
211

Bregentz
Yamaguchi

Austria
Japan

1968
1983

210
204

Novi Sad
Lingenau
Usagawa

Remarks

Largest Concrete Prestressed Girder Bridges (dầm BTCTUST)
Bảng 1-2
Name
1 Stolmasundet
2 Raftsundet
3 Humen
4 Varodd
5
Gateway
6 Skye

Location

Country

Year

Span

Austevoll
Lofoten
Pearl River

Norway
Norway
China

1998
1998
1998

301
298
279

Kristiansand

Norway

1994

260

Brisbane

Australia

1986

260

Skye Island

Britain

1995

250

Remarks

Double pier
supports


9

Giáo trình Cầu BTCT
Location

Country

Year

Span

Remarks

Semmering

Austria

1989

250

Double pier
supports

Oporto

Portugal

1991

250

New Brunswick
Hubei

Canada
China

1997

1996

250
245

Toagel Channel

Palau

1977

241

12 Hamana
13 Hikoshima
14 Norddalsfjord
15 Urato
16 Houston Ship Channel
17
Puente International

Imagiri-Guchi
Shimonoseki
Sogn-Fjordane

Japan
Japan
Norway

1976

1975
1987

240
236
231

Kochi
Texas

Japan
USA

1972
1982

230
229

Uruguay/Argentina 1976

220

18 Ponte Tancredo Neves
19 Mooney Creek
20 Agi-Gawa

Iguacu River
Mount White
Gifu

Name
7

Schottwien

8 Ponte de S. Joao
9 Northumberland
10 Huangshi
11
Koror-Babelthuap

Fray Bentos

Brazil/Argentina
Australia
Japan

1985
1986
1985

Collapsed in
1996

Double pier
supports

220
220

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)


10

Giáo trình Cầu BTCT

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 Ro dạng 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).

Hình 1-2. Cầu Sông Gianh Quảng Bình

+ 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).


11

Giáo trình Cầu BTCT

+ 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).

Hình 1-3. Cầu Phù Đổng

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), fiberreinforced 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.


Giáo trình Cầu BTCT

1.3.

12

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 dụngiv
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.


13

Giáo trình Cầu BTCT

+ 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
Chiều di
1 ft
Tải trọng

ứng suất
Trọng lợng trên đơn vị thể tích

Hệ Anh, Mỹ

1 In
1 ft
=
12 In
10.000 Lb
20 tons
100 Lb/ft
130 K/In
6 psf
75 Lb/Sq.Ft
1000 psi
100 Lb/Ft3

Hệ mét
25,4mm
0,3048m
44,48KN
178KN
1460 N/m
23,13 MN/m
287,28 Pa
366 Kg/Sq.m
6,895Mpa
1Mpa = 10,2 Kg/cm2
1.602 Kg/m3


14

Giáo trình Cầu BTCT

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
Ô tô
Đờng sắt

BTCT thờng
7 - 20 (24)m
1 15 m

BTCTUST
12 - 42m
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: Lk = (0,3 0,4)L (Hình 1-4, a, b ); Lk = (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 H2h; v


15

Giáo trình Cầu BTCT

a)

l

h

h0

Đối trọng

b)

k
k = (0,3 - 0,4)L

d)
L

K

ho=(1-1,5)h

k=(0,3-0,4)L

Ln =(0,4-0,6)L 2
L2

L1

h

L 1=(0,6-0,8)L 2

h0

H

h

c)
e)

L 1= (0,8-0,9)L 2

0,3L 1

h 0 = 2h

L

Ln =(0,4-0,6)L2

K
K=(0,25-0,3)L

L2

g)
L n=(0,5-0,6)L
L 1=(0,75-0,8)L2

L2

L2

L2

L2

h)

K2
K1

L1

K 2= đến 2L 1

L 2 = 2K 2

L1

K1

K 1 =(0,3-0,4)L 1

Hình 1-4. Sơ đồ kết cấu nhịp cầu dầm mút thừa

Cầu dầm mút thừa có dầm treo (Hình 1-4 d, e, g):
Chiều di nhịp đeo v nhịp biên:

+
Sơ đồ 3 nhịp: Lđ= (0,4-0,6)L2; L1=(0,6-0,8)L2
+
Nhiều nhịp có dầm treo: Lđ = (0,5-0,6)L2; L1=(0,75-0,8)L2;
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 (60-100-150vim)

+

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 (Lđ > 42m). Hiện nay đờng cao tốc rất ít sử dụng.


16

Giáo trình Cầu BTCT
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 L2 = (0,75ữ0,8)L1 (Jacques Mathivatvii), hoặc L2 =
(0,8ữ0,9)L1 (Nazarenkoviii)
+ Cầu 5 nhịp: L3: L2: L1 = 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:

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

+ L2 = 0,75L1=(L1+L3)/2; L3=2L2-L1 = 0,5L1; L4=(0,62-0,65)L3;
+ L1 Chiều di nhịp chính (có thể có nhiều nhịp chính);
+ L2 chiều di nhịp chuyển tiếp;
+ L3 chiều di nhịp có chiều cao không đổi;
+ L4: Chiều di nhịp sát mố
-

Tất cả các nhịp có chiều cao thay đổi:

Hình 1-6. Cầu liên tục có chiều cao thay đổi

+

L2 = (0,65-0,7)L1

Tỷ lệ chiều cao v chiều di nhịp:

+ Chiều cao trên trụ: H = (1/15-1/20)L1; Tốt nhất (1/17-1/18)L;
+ Chiều cao dầm tại giữa nhịp: h =(1/30-1/40)L1; thậm chí theo Jacques Mathivat tỷ số
ny có thể giảm đến (1/60)L1 ix ; tốt nhất (1/36)L1; không đợc nhỏ hơn 2m để đảm
bảo việc thi công dễ dng, thuận tiện cho công tác duy tu bảo dỡngx
+ 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.


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 đẹpxi

+ 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)htrụ, phía trên bằng (1/10-1/15)htrụ; 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)htrụxii; 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)ht xiii ht- chiều cao của
trụ. Phạm vi áp dụng L=10-30mxiv.


18

Gi¸o tr×nh CÇu BTCT

a)

b)

c)

Gèi cÇu

Gèi cÇu

Kh«ng lín h¬n 50-70m
d)

e)

2

1

1

1

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)

CÇu khung BTCTUSTxv (H×nh 1-8.b): h/L = (1/30-1/50)xvi thËm chÝ (1/50-1/68)xvii; L®= (0,30,4)Lxviii thËm chÝ (1/2-1/5)Lxix; L = (60-140)m; H=(1/15-1/20)L;
Theo mét sè tμi liÖu cña c¸c n−íc c«ng nghiÖpxx 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 Hp/L1=(1/15-1/20) tèt nhÊt (1/17);


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)Hp)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:

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

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 400500m

Nhợc điểm:

1.9.

+

Có lực xô ngang ặ mố trụ phức tạp

+

Thi công phức tạp, khó tiêu chuẩn hoá ặ ít dùng
Hệ Liên hợp v cầu treo:

Nhóm 1: Đợc tạo thnh từ những hệ thống đơn giản:


20

Giáo trình Cầu BTCT

+ 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).

f)

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

+ 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)

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


21

Giáo trình Cầu BTCT
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
A

Sóc
Trăng

Cần thơ

A

30

16
20

75

A-A
8 Cọc BTCT kích thớc 30x30cm

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/m3
Mác BT21 >= 150, 200 600; Hiện nay ngời ta đã chế tạo đợc các bê tông có cờng
độ 20.000psi (1.400Kg/cm2) v đang nghiên cứu loại bê tông đạt tới cờng độ
26.000psi (1.800Kg/cm2)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

Cờng độ23

2.1.2.1.



Mác BT l cờng độ chịu nén của mẫu thử (15x15x15cm)



Cờng độ chịu nén dọc trục (lăng trụ) .......................................................... Rnp (Rlt)



Cờng độ chịu nén khi uốn .................................................................................. Ru



Cờng độ chịu kéo ........................................................................................ Rpn(Rk)

Cờng độ chịu cắt khi uốn ................................................................................... Rck

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


23

Giáo trình Cầu BTCT

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.
lg t
Công thức xác định cờng độ bê tông theo Thời gian: Rt = R28
0,7 R28 lg t
lg 28
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 Rch.
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 (0,8ữ3)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 giảm24. Khi chịu kéo chỉ bằng khoảng (1/20ữ1/10) so với chịu
nén, trung bình 1,5.10-4.

Hình 2-1. Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng của BT

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
2ữ4ì10-4.
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 1ì10-5/độ


24

Gi¸o tr×nh CÇu BTCT

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

2

M« ®un ®μn håi ban ®Çu vμ m« ®un c¾t ban ®Çu cña bª t«ng (kg/cm )
víi nh÷ng sè hiÖu bª t«ng

D¹ng chÞu lùc
cña bª t«ng

Ký
hiÖu

Khi nÐn

Eb

150
230000

200
265000

250
290000

300
315000

400
350000

500
380000

600
400000

Khi c¾t

Gb

92000

105000

115000

125000

140000

150000

160000