Nghiên cứu thông số bán kính cong và chiều dài nhịp hợp lý của kết cấu cầu cong và áp dụng trong thiết kế nút giao thông khác mức Ngọc Hội, Tỉnh Khánh Hòa

Đ I H C ĐÀ N NG
TRƯỜNG Đ I HỌC BÁCH KHOA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

DƯƠNG HOÀNG PHƯƠNG LY

NGHIÊN CỨU THỌNG S

BÁN KệNH CONG VÀ CHIỀU DÀI

NHỊP HỢP Lụ CỦA KẾT CẤU CẦU CONG VÀ ÁP D NG
TRONG THIẾT KẾ NÚT GIAO THỌNG KHÁC MỨC NGỌC HỘI,
TỈNH KHÁNH HọA
Chuyên ngành: K thu t xây d ng công trình giao thông
Mư s : 60.58.02.05

TÓM T T LUẬN VĔN TH C SĨ
K THUẬT XỂY D NG CỌNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà N ng ậ Nĕm 2018


Công trình đ

c hoàn thành t i

TRƯỜNG Đ I HỌC BÁCH KHOA

Người hướng d n khoa học:
TS. NGUYỄN VĔN M
Phản biện 1:

PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY
Phản biện 2:
TS. VÕ DUY HÙNG

Lu n văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Lu n văn tốt nghiệp thạc sĩ
KỸ THU T XÂY D NG CỌNG TRÌNH GIAO THỌNG
Họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 18 tháng 08 năm 2018

Có thể t̀m hiểu lu n văn tại:

− Trung tơm Học liệu, Đại học ĐƠ Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

− Thư viện Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
I. TệNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong chi n lược phát triển kinh t - xã hội 2001-2010, ngoƠi viêc “nơng
cấp, xây dựng các tuy n đường bộ, đường sắt …” trong cả nước, đối với
khu vực đô thị là phải “ hoƠn thiện qui hoạch giao thông lâu dài, hợp lý
các đô thị, khắc phục trình trạng ùn tắc giao thông “. Theo yêu cầu này, tại
các đô thị lớn nước ta trong những năm đ n s xây dựng mạng lưới giao
thông hiện đại, trong đó có nhiều nút giao thông quan trọng được nâng cấp
thành các nút giao khác m c. Hiện tại, nhiều dự án xây dựng qui hoạch
Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, ĐƠ Nẵng đư l p nhiều nút giao khác m c
có sử dụng k t cấu cầu cong.
Ban đầu, trong một thời gian dài cầu cong đư được xây dựng trên th giới
mƠ không có được những hướng d n đáng tin c y hay tiêu chuẩn kỹ thu t
nào về thi t k vƠ thi công. Sau đó, dưới sự tài trợ c a một số tổ ch c thì

nhiều nhà khoa học đư t p trung nghiên c u vƠo lĩnh vực này, tuy nhiên
cho đ n nay v n còn nhiều khía cạnh c a chúng v n chưa được nghiên c u
đầy đ .
nước ta việc nghiên c u các dạng cầu cong v n còn mới m , các c quan
ch c năng chưa ban hƠnh các chỉ d n cụ thể hay quy trình quy phạm về
thi t k và xây dựng cầu cong. Từ thực tiễn về sự phát triển cầu cong trên
th giới, kinh nghiệm xây dựng một số cầu nước ta vƠ xu hướng phát
triển tại Việt Nam, việc nghiên c u về thi t k và công nghệ xây dựng cầu
cong để áp dụng vƠo các đô thi lớn như HƠ Nội, Tp Hồ Chí Minh, ĐƠ
Nẵng, … lƠ h t s c cần thi t và nhằm đáp ng được yêu cầu c a thực tiễn.
Trong những năm gần đây thành phố Nha Trang không ngừng phát triển,
đặc biệt là du lịch, lượng khách du lịch tăng nhanh, d n đ n tình trạng quá
tải về cư s hạ tầng, gây ùn tắc giao thông trong khu vực nội đô. Hầu h t
các nút giao nhau c a mạng lưới đường trong thành phố Nha Trang đều là
nút giao cùng m c, hay các cầu giản đ n trên tuy n. Do đó nghiên c u lựa
chọn các thông số thi t k , xây dựng nút giao thông với k t cấu cầu cong
phù hợp với điều kiện địa hình thành phố là rất cần thi t.
II. M C TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu các thông số bán kính cong và chiều dài nhịp hợp lý của kết
cấu cầu cong, nhằm giải quy t các vấn đề sau:
- Nghiên c u mối liên hệ giữa bán kính cong và chiều dài nhịp, đưa ra
thông số tối ưu. Sự ảnh hư ng c a bán kính cong và chiều dài nhịp tới
nội lực c a k t cấu cầu.
- Giải quy t vấn đề triển khai thi t k và xây dựng công trình trong các
điều kiện hạn ch về mặt bằng, nhằm đảm bảo về yêu cầu kinh t kỹ
thu t


2
Áp dụng trong thi t k nút giao thông khác m c Ngọc Hội, tỉnh Khánh

Hòa
III. Đ I TƯỢNG VÀ PH M VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
- Cầu cong bằng bê tông cốt thép ng suất trước
- Lựa chọn thông số tối ưu nhất c a bán kính và chiều dài nhịp đảm bảo
nội lực k t cấu nhịp cong và phần mềm MIDAS/Civil.
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Nghiên c u lý thuy t tính toán theo nguyên lý thanh cong.
- Phư ng pháp tính toán không gian c a k t cấu cong.
- Nghiên c u c s ĺ thuy t về việc tính toán lựa chọn bán kính cong
và chiều dài nhịp tối ưu
- Các phư ng pháp tính toán bán kính cong và chiều dài nhịp theo các
quy tr̀nh, quy phạm
- Phân tích nội lực bằng phần mềm MIDAS/Civil khi thay đổi bán kính
cong và chiều dài nhịp, đánh giá k t quả


3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ S PHÁT TRI N KẾT CẤU CẦU CONG TRÊN
THẾ GIỚI VÀ VI T NAM
I.1 TỔNG QUAN VỀ S PHÁT TRI N CẦU CONG TRÊN THẾ
GIỚI VÀ Ở VI T NAM
1.1.1 Sự phát triển cầu cong trên th giới
Cầu cong đầu tiên xuất hiện trên th giới vƠo trước những năm 1960 vƠ
hiện nay k t cấu cong chi m khoảng 30% trong hệ thống cầu tại nước Mỹ
và khoảng 20% trong hệ thống cầu các nước phát triển. Trong đó, các cầu
cong bằng v t liệu thép vượt trội h n nhiều so với cầu cong bằng v t liệu
bêtông cốt thép. Có rất nhiều cầu cong đư được xây dựng các nước trên
th giới, ví dụ như: cầu trên đường phố 20, HOV Den V , Côlôradô; cầu
U.S Nevan Acađemi, Annapôlit, Marylen; cầu nhánh Y, I-95 đại lộ Davie,

Broward County, Florida; dự án đường cao tốc, Thailand; cầu Nan Pu
Thượng Hải, Trung Quốc; nút giao Uchihômmachi, Nh t Bản; .v.v…

Hình 1. 1
Nút giao Gravelly Hill

Hình 1. 2
Nút giao Springfield

1.1.2 Sự phát triển cầu cong tại Việt Nam
Mặc dù trên Th giới cầu cong đư được xây dựng nhiều như v y tuy nhiên
Việt Nam trong những năm gần đơy các kỹ sư mới bắt đầu nghiên c u
thi t k và xây dựng các dạng cầu cong k t cấu đ n giản dầm thẳng như:
các nhịp bản cầu d n c a cầu Mỹ Thu n, các nhịp dầm ti t diện “I” c a cầu
vào nhà ga sân bay Nội Bài; hay các dạng cầu cong ph c tạp h n dạng bản
hộp nhịp đ n giản hay liên tục sử dụng nút giao thông phía Nam cầu
Chư ng Dư ng, HƠ Nội; cầu d n cầu Thu n Phước, ĐƠ Nẵng. Sắp đ n,
một số cầu cong có chiều dài khoảng 50m, mặt cắt hình hộp BTCT D L s
được xây dựng cầu Thanh Trì, Hà Nội; cầu Khánh Hội trong dự án Đại
Lộ Đông Tơy, Tp Hồ Chí Minh


4

Hình 1. 3
Nút giao Thanh Trì - QL 5, HN

Hình 1. 4
Nút giao Thanh Trì và cao tốc Hà
Nội - Hải Phòng

I.2 CÁC D NG KẾT CẤU CẦU CONG TRÊN THẾ GIỚI
Cầu cong ngƠy cƠng được phát triển mạnh m b i vì dạng k t cấu này thích
hợp áp dụng trong xây dựng các cầu cạn, cầu vượt và các nút giao thông.
Giải pháp để đảm bảo giao thông, nơng cao năng lực thông qua các nút
và giải quy t c bản trình trạng tắc gh n dòng xe tại các nút giao thông là
sử dụng nút giao thông khác m c (còn gọi là nút giao thông l p thể) có cấu
tạo là các cầu vượt, trong đó có nhiều công trình là các cầu cong. Nhiệm vụ
c a các cầu cong này là chuyển ti p dòng giao thông giữa các tuy n đường.
Đối với một hệ thống giao thông hiện đại cầu cong còn được bố trí trong
nhiều trường hợp khác nhau, đó lƠ:
các khu vực hạn ch về mặt bằng: việc sử dụng cầu cong là giải pháp
làm giảm đáng kể diện tích mặt bằng xây dựng so với những nút giao
thông cùng m c có quy mô thi t k tư ng tự; thường phải sử dụng giải
pháp cầu cong để tuy n đường đi qua khu vực đó uốn vòng quanh các công
trình hoặc nhà cửa đư có sẳn.
Trên các tuy n đường miền núi nhỏ hẹp có thể sử dụng giải pháp cầu cong
để m rộng bán kính các cua đường quá gấp hoặc tránh những khu vực có
nguy c xảy ra sụt l .
Trong những khu vực đông dơn vƠ khu công nghiệp, cầu cong còn được
xây dựng cho người đi bộ.
H n nữa, với bán kính cong thích hợp thì hình dáng k t cấu đẹp, tạo cảm
giác êm thu n cho các phư ng tiện trên đường mỗi khi đổi hướng giao
thông vƠ tránh được những chướng ngại v t hay công trình ki n trúc bất
khả di dời. Cầu cong là một loại hình cầu đẹp, nhất lƠ đối với các tuy n
đường cong và các nút giao thông trong thành phố đảm bảo được yêu cầu
mỹ quan, hài hòa với cảnh quan môi trường đô thị.
Khác với cầu thẳng, cầu cong luôn chịu xoắn ngay cả khi chỉ có tải trọng
tác dụng đúng tim cầu. Mô men xoắn thường tác dụng bất lợi tới sự làm
việc chung c a toàn bộ công trình vƠ cũng v̀ th mà bài toán tính hệ thanh

5
cong ph c tạp h n bƠi toán tính hệ thanh phẳng. Sự ph c tạp c a bài toán
còn tăng lên từ chỗ chọn s đồ tính thanh cong phẳng đ n chọn s đồ thanh
cong không gian.
Hệ cầu d n, cầu cạn và cầu vượt đư được áp dụng nhiều trên th giới, trong
đó k t cấu cong đá được ng dụng nhiều, đặc biệt trong các nút giao thông
khác m c. Để có thể ti p nh n có hiệu quả những thành tựu c a các nước,
áp dụng thích hợp vƠo điều kiện c a Việt Nam, tóm tắt cac s đồ vƠ đặc
điểm ch y u c a các cầu đư áp dụng trên th giới.
1.2.1 Các dạng k t cấu nhịp
K t cấu nhịp được sử dụng bao gồm bêtông cốt thép, thép và thép-bêtông
liên hợp. Đối với k t cấu cong thường hay sử dụng k t cấu dầm thép bản
bêtông cốt thép liên hợp, dầm thép có thể là dầm I hoặc hộp thép ngoài ra
cũng có thể dùng dầm hộp bêtông cốt thép để đảm bảo khả năng chống lại
mômen xoắn lớn phát sinh trong k t cấu cong.
Khi xây dựng k t cấu bêtông cốt thép thường sử dụng các loại k t cấu đổ
tại chỗ, lắp ghép và bán lắp ghép.
1.2.1.1 K t cấu nhịp bản bêtông cốt thép
a- Kết cấu nhịp bản bêtông cốt thép đổ tại chỗ
b- Kết cấu nhịp bản bêtông cốt thép lắp ghép
c- Kết cấu nhịp bản bêtông cốt thép bán lắp ghép
1.2.1.2 K t cấu nhịp dầm bêtông cốt thép
a- Kết cấu nhịp dầm bêtông cốt thép đổ tại chổ
b- Kết cấu nhịp dầm bêtông cốt thép lắp ghép
c- Kết cấu nhịp dầm bêtông cốt thép bán lắp ghép
1.2.1.3 K t cấu nhịp hình hộp bêtông cốt thép
a- Kết cấu nhịp hình hộp bêtông cốt thép đổ tại chổ
b- Kết cấu nhịp hình hộp bêtông cốt thép lắp ghép

1.2.2 Các d ng k t c u m tr
1.2.2.1 Trụ cột
1.2.2.2 Trụ tường
1.2.2.3 Trụ khung
1.2.2.4 Một số kiểu trụ áp dụng cho nút giao thông khác m c
I.3 CÁC D NG KẾT CẤU CẦU C N, CẦU VƯỢT, CẦU CONG Ở
VI T NAM
1.3.1 K t cấu nhịp
1.3.1.1 K t cấu nhịp bản BTCT
Trong những năm gần đơy, k t cấu nhịp bản được sử dụng cho cacd vuợt
nút Ngư Tư Vọng, nút Mai Dịch, nút Chư ng Dư ng,… Ti t diện ngang có
dạng bản đặc, bản có lỗ rỗng. Có thể thi công tại chổ hoặc lắp ghép.


6
Hình 1. 5 - Mặt cắt ngang k t cấu bản rỗng
1200/2

120

1200/2

50

50

50

200

15

Hình 1. 6 - Mặt cắt ngang k t cấu nhịp lắp ghép ti t diện chữ T
700/2

150

700/2

150

18

Hình 1. 7 - Mặt cắt ngang k t cấu nhịp bán lắp ghép ti t diện chữ I
84

320

250

140

700

780

250

130/2 1130/2

100

150

100

184
1470

1170

1030

1675

167

1540

22.5

15

1170

100

1470

1030

100

1540

735

1750

160

210

225

700

Hình 1. 8 - Mặt cắt ngang k t cấu nhịp bán lắp ghép ti t diện Super T
I.4 PHỂN TệCH VÀ ĐỀ XUẤT MỘT S D NG CẦU CONG ÁP
D NG Ở VI T NAM
Qua những tổng hợp và phân tích các dạng cầu cạn, cầu vượt và cầu cong
đư vƠ đang được áp dụng trên th giới cũng như Việt Nam, một số dạng
k t cấu được đề xuất áp dụng phù hợp với điều kiện kinh t - kỹ thu t và
công nghệ thi công Việt Nam hiện nay. Những k t cấu được đề xuất dựa
trên c s đảm bảo các nguyên tắc c bản sau đơy:
- Có cấu tạo đ n giản, dễ thi công, dễ đảm bảo chất lượng.
- Dễ tạo hình dáng trong không gian, có tính mỹ quan cao.
- Thu n tiện trong duy tu bảo dưỡng và sửa chữa, đồng thời chi phí cho
các công tác này là ít nhất.
- Chiều cao ki n trúc nhỏ, đảm bảo yêu cầu mỹ thu t.

- Chi m ít không gian dưới cầu.
- Đáp ng được các y u tố hình học c a tuy n (cong, chéo,…) trên mặt
bằng cũng như trong không gian.
- Phù hợp với tr̀nh độ và công nghệ thi công Việt Nam.
1.4.1 Các dạng k t cấu nhịp
a- Kết cấu nhịp bản lắp ghép
b- Kết cấu nhịp bản, bản sườn đổ tại chỗ
c- Dầm T lắp ghép
d- Dầm T ngược bán lắp ghép


7
e- Dầm hộp đổ tại chổ và bán lắp ghép
1.4.2 Các dạng k t cấu trụ
a- Trụ đặc thân hẹp
b- Trụ một cột hay nhiều cột
c- Trụ chữ Y
❖ K t lu n chư ng I
Lu n văn đư tổng quan được các dạng k t cấu cầu cạn, cầu cong trên th
giới và Việt Nam, trong đó gồm k t cấu nhịp và trụ. Đó lƠ các dạng k t
cấu cầu đư được sử dụng phổ bi n trong nút giao thông khác m c.
Các k t cấu nhịp và mố trụ cần đạt các yêu cầu về khai thác, mỹ quan
công trình, công nghệ thi công, tính kinh t .
- K t cấu nhịp: Nên sử dụng k t cấu đổ tại chổ, k t cấu nhịp là dầm bản
và dầm bản sườn đối với nhịp vừa và nhỏ có bán kính cong nhỏ, k t
cấu nhịp là dầm hộp đối với nhịp lớn có bán kính cong lớn.
- K t cấu trụ: Dùng dạng trụ đặc thân hẹp, trụ kiểu cột hoặc trụ chữ Y.


8

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU CÁC THỌNG S BÁN KệNH CONG VÀ CHIỀU
DÀI NHỊP HỢP Lụ CỦA KẾT CẤU CẦU CONG
II.1 NGHIÊN CỨU TệNH TOÁN KẾT CẤU CẦU CONG
2.1.1 Nghiên c u tính toán k t cấu cầu cong trên th giới
- Trên th giới, lịch sử phát triển cầu cong gắn liền với lịch sử phát triển
nút giao thông khác m c trong quá trình phát triển giao thông đô thị
hiện đại.
- Vào cuối những năm 1980 vƠ đầu những năm 1990, AASHTO vƠ
FHWA đư thực hiện việc xem xét lại toàn bộ Tiêu chuẩn chỉ d n 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 thi t k cải ti n cầu đường bộ dầm thép cong trên mặt bằng
(Improved Design Specifications for Horizontally Curved Steel Girder
Highway Bridges), xuất bản năm 1993 thi t k theo hệ số tải trọng và
thi công.
- Chư ng tr̀nh nghiên c u đường bộ phối hợp quốc gia NCHRP ti p tục
nghiên c u cải ti n, vƠ đưa ra phiên bản mới chỉ vi t theo phư ng pháp
thi t k theo hệ số tải trọng (LFD), vƠ được xuất bản năm2003.
- Các quy định về thi t k dầm cong cũng đư được xuất bản trong ấn bản
giữa kỳ 2006 Interim c a Tiêu chuẩn AASHTO LRFD.
2.1.2 Nghiên c u tính toán k t cấu cầu cong tại Việt Nam
Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn thi t k và thi công cầu đều được biên soạn
dựa trên c s Tiêu chuẩn thi t k c a Hoa Kỳ cụ thể:
- Tiêu chuẩn thi t k cầu 22TCN272-05
- Tiêu chuẩn c s TCCS 02:2010/TCĐBVN.
II.2 NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN
Trong tính toán thi t k cầu cong cũng như cầu dầm thẳng là phải giải
quy t bài toán nội lực. Do đặc tính hình học ph c tạp nên cầu cong luôn

chịu xoắn ngay cả khi chỉ có tải trọng tác dụng đúng tim cầu. Mômen xoắn
thường tác dụng bất lợi đ n sự làm việc chung c a toàn bộ công trình. Việc
tính toán nội lực k t cấu cầu cong rất ph c tạp, sự ph c tạp tăng lên từ s
đồ làm việc theo nguyên lý thanh cong phẳng đ n thanh cong không gian.
2.2.1 Phư ng pháp tính toán theo nguyên ĺ thanh cong phẳng
2.2.2 Phư ng pháp tính toán không gian c a k t cấu cong
Phư ng pháp tính toán không gian c a k t cấu cong gồm: phư ng pháp
phần tử hữu hạn, dải hữu hạn, phư ng pháp sai phơn hữu hạn, v.v… u
điểm c a phư ng pháp nƠy lƠ đư có sẵn chư ng tr̀nh tính toán như SAP,
RM, STAAD,…đáp ng được yêu cầu c a bài toán.


9
2.2.3 Phư ng pháp phần tử hữu hạn
Phư ng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) lƠ phư ng pháp rời rạc hóa v t lý,
trong đó k t cấu thực được thay bằng mô hình v t lý gần đúng vƠ có lời
giải c a nó được xác định bằng một số hữu hạn các đại lượng số.
Phư ng pháp PTHH chia không gian liên tục c a k t cấu thành một t p
hợp hữu hạn các phần tử (miền nhỏ) có tính chất hình học vƠ c học đ n
giản h n k t cấu toàn thể. Các phần tử liên k t với nhau tại các điểm nút.
Phư ng pháp PTHH, điều kiện tư ng thích về chuyển vị hay bi n dạng c a
k t cấu chỉ được thỏa mãn tại các nút.
2.2.4 Giới tiệu phầm mềm tính toán MIDAS/Civil
2.2.4.1 Giới thiệu chung
Midas/Civil là một hệ thống chư ng tr̀nh hỗ trợ phân tích và thi t k k t
cấu c a MIDAS IT, Hàn Quốc. MIDAS/Civil tính toán theo phư ng pháp
phần tử hữu hạn, theo đó, k t cấu được mô hình hóa thành một t p hợp các
phần tử và các nút liên k t với nhau. MIDAS/Civil hỗ trợ các dạng phân
tích cần thi t: như phơn tích tĩnh, phơn tích động, phân tích tuy n tính,
phân tích phi tuy n bi n dạng lớn, phân tích th y nhiệt, phân tích quá trình

thi công có xét đ n sự thay đổi tính năng v t liệu theo thời gian, phân tích
co ngót, từ bi n.
II.3 S THAY ĐỔI NỘI L C TRONG KẾT CẤU CONG KHI BÁN
KệNH VÀ CHIỀU DÀI NHỊP THAY ĐỔI
2.3.1 Điều kiện tính toán
- K t cấu cong xét là k t cấu có đường cong phẳng.
- Tải trọng xét là tải trọng thẳng đ ng.
2.3.2 Nội dung tính toán khi bán kính cong thay đổi
a- Số liệu ban đầu
+ S đồ 1: cầu dầm cong nhịp đ n giản.
+ S đồ 2: cầu dầm cong gồm 3 nhịp liên tục có đường cong cùng chiều,
- Dầm có chiều dài nhịp cong L = 30m, L = 40m, L = 50m, L = 60m, L
= 75m với các bán kính cong R = 30m, R = 40m, R = 50m, R = 60m,
R = 75m, R = 150m, R =250m.
b- Nguyên tắc tính toán
- Lần lượt tính nội lực với mỗi lần thay đổi bán kính cong, sử dụng
phàn mềm MIDAS/Civil để tính nội lực.
- Đưa ra k t quả trên bảng, đồ thị và nh n xét.
c- Kết quả tính toán nội lực
❖ S đồ 1: Nhịp dầm giản đ n


10

Hình 2. 1 - Mô h̀nh cầu cong 1 nhịp

Hình 2. 2 Biểu đồ momen xoắn tại gối

Hình 2. 3 Biểu đồ lực cắt tại gối

Hình 2. 4 Biểu đồ momen uốn tại ½ nhịp


11

Hình 2. 5 Biểu đồ M xoắn tại ½ nhịp
❖ S đồ 2: Nhịp liên tục gồm 3 nhịp

Hình 2. 6 - Mô h̀nh cầu cong 3 nhịp

Hình 2. 7 Biểu đồ momen xoắn tại gối

Hình 2. 8 Biểu đồ lực cắt tại gối


12

Hình 2. 9 Biểu đồ M uốn tại ½ nhịp 1

Hình 2. 10 Biểu đồ M xoắn tại ½ nhịp1

Hình 2. 11 Biểu đồ momen uốn tại gối 2

Hình 2. 12 Biểu đồ momen xoắn tại gối 2
2.3.3 Nội dung tính toán khi chiều dƠi nhịp thay đổi
a- Nguyên tắc tính toán


13
ng với mỗi s đồ trên, ta lần lượt tính nội lực với mỗi lần thay đổi

chiều dài nhịp, sử dụng phần mềm MIDAS/Civil để tính nội lực.
- Trong mỗi lần tính đó, ta tính được giá trị c a lực cắt Q, mômen uốn
M, mômen xoắn Tk tại các ti t diện giữa nhịp và tại gối
- Đưa ra k t quả trên bảng, đồ thị và nh n xét.
b- Kết quả tính toán nội lực
Dựa vào k t quả tính toán nội lực mục II.3.2, ta thống kê lại k t quả tính
toán nội lực như sau:
❖ S đồ 1: Nhịp dầm giản đ n
-

Hình 2. 13 Biểu đồ M xoắn tại gối

Hình 2. 14 Biểu đồ lực cắt tại gối

Hình 2. 15 Biểu đồ M uốn tại ½ nhịp


14

Hình 2. 16 Biểu đồ M xoắn tại ½ nhịp
❖ S đồ 2: Nhịp liên tục 3 nhịp

Hình 2. 17 Biểu đồ M uốn tại gối 1

Hình 2. 18 Biểu đồ M xoắn tại gối 1
Biểu đồ nội lực trong s đồ 3 nhịp như sau:
- Khi R< 60m và L< 40m

Biểu đồ mômen uốn

15

Biểu đồ mômen xoắn
- Khi 60m
Biểu đồ mômen uốn

Biểu đồ mômen xoắn
- Khi 150m
Biểu đồ mômen uốn

Biểu đồ mômen xoắn
❖ K T LU N CH NG II
Bằng việc đưa ra nhiều dạng s đồ k t cấu cong (nhịp đ n giản và liên tục)
và tính toán nội lực với bán kính cong, chiều dài nhịp thay đổi. Học viên đư
l p các bảng số liệu, các đồ thị vƠ qua đó có một số nh n xét sau:


16
- Về mômen uốn: Khi bán kính cong cƠng tăng th̀ mômen uốn càng
giảm, khi R<60m thì mômen xoắn thay đổi nhiều và có giá trị lớn, khi
R>200n thì chêch lệch mômen xoắn c a các ti t diện trong k t cấu cong
thay đổi ít h n.
- Về mômen xoắn: Khi bán kính cong cƠng tăng th̀ mômen xoắn càng
giảm. Mômen xoắn tăng nhanh vƠ có giá trị lớn khi bán kính giảm kể từ
R=100m. Mômen xoắn tăng nhiều khi bán kính giảm mà chiều dài nhịp
tăng. Khi R>100m và chiều dài nhịp L<100m thì mômen xoắn thay đổi
không lớn.

- Về lực cắt: Lực cắt trong k t cấu cong ít thay đổi khi thay đổi bán kính
cong và chiều dài nhịp.
- Nh n thấy trong mỗi s đồ, với cùng 1 mặt cắt dầm, biểu đồ momen
uốn giữa nhịp và momen trên gối gần bằng nhau. Với biểu đồ momen
xoắn, momen 2 gối tư ng đư ng nhau.
Qua k t quả khảo sát giá trị nội lực trong k t cấu cầu cong khi thay đổi R
và L, tác giả đưa ra các giá trị ki n nghị khi chọn thông số R, L c a cầu
cong như sau:
- Đối với cầu cong nhịp cong giản đ n:
+ R< 60m ki n nghị chọn L < 40m
+ 60m + 150m - Đối với cầu cong nhịp cong liên tục 3 nhịp:
+ R< 70m ki n nghị chọn L< 40m
+ 70m + 150m

17
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ GI I PHÁP NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC NGỌC
HỘI TỈNH KHÁNH HọA
III.1 GIỚI THI U CHUNG VỀ NÚT GIAO THỌNG NGỌC HỘI
3.1.1 Giới thiệu chung
Nút giao Ngọc hội lƠ điểm nút giao cắt lớn nhất giữa đường sắt vƠ đường
bộ nằm trong thành phố, đường bộ là trục đường nối từ cửa ngõ phía Bắc
đ n trung tâm phía Tây Thành Phố Nha Trang với trục đường 23/10 (trục
đường chính nối từ huyện Diên Khánh vào trung tâm thành Phố), đư bị
đường sắt Bắc Nam giao cắt tại 2 vị trí. Hiện tại giao thông 2 khu phía Bắc
vƠ phía Nam chưa có đường k t nối b i đường sắt chia cắt. Để k t nối

được giao thông cho toàn khu phía Tây thành phố Nha Trang với đường
23/10 và phân luồng giao thông từ phía Bắc vào trung tâm hành chính trên
tuy n quy hoạch Bắc Nam dọc theo đường sắt hiện nay, thì phải xây dựng
nút giao Ngọc Hội với qui mô là nút giao khác m c giữa đường bộ và
đường sắt để giải quy t giao thông cho các hướng được thông suốt. Đảm
bảo k t nối được hạ tầng xung quanh vƠ điều ti t lại lưu lượng xe đang quá
tải trên các trục đường 2/4, Trần Qúy Cáp, đường Lê Hồng Phong hiện
nay.
Công trình nằm tại vị trí giao cắt giữa đường sắt Bắc Nam (lý trình:
Km1312+815) với đường bộ, gồm 2 đường: đường 23/10 ( lý trình Km10)
vƠ đường VƠnh đai 2, thuộc địa ph n hành chính c a Thành phố Nha
Trang.
- Phía Đông hướng vào trung tâm thành phố Nha Trang (theo đường
23/10)
- Phía Tơy hướng đi Huyện Diên Khánh (theo đường 23/10)
- Phía Nam hướng đi Khu dơn cư Tơy Lê Hồng Phong (nằm trên trục
đường VƠnh đai 2- nhánh phía Nam)
- Phía Bắc đi QL1C (nằm trên trục đường VƠnh đai 2- nhánh phía Bắc)
3.1.2 Hiện trạng nút giao thông Ngọc Hội
Nút giao đang lƠ vị trí giao cắt ch y u đường 23/10 vƠ đường sắt BắcNam. Ngoài ra, tại đơy còn có các nhánh đường khác nối vào gồm: đường
A3 khu II đô thị mới Vĩnh Điềm Trung (tim đường cách tim đường sắt
48m) vƠ đường 19/5 thuộc Khu I đô thị mới Vĩnh Điềm Trung (tim đường
cách tim đường sắt khoảng 24m).
Tại vị trí giao cắt hiện nay gồm các nhánh đường sau:
- Đường 23/10 hiện hữu
- Đường sắt Bắc Nam hiện hữu
- Đường A3 vƠo khu đô thị mới Vĩnh Điềm Trung II (tim đường cách tim
đường sắt 48m)

18
- Đường 19/5 vƠo khu đô thị mới Vĩnh Điềm Trung I (tim đường cách
tim đường sắt 24m)
NgoƠi các nhánh đường đư h̀nh thƠnh như trên còn có tuy n đường Vành
đai 2 từ đại lộ Nguyễn Tất ThƠnh đi QL1C đấu nối vào Nút giao Ngọc Hội
theo hướng Bắc ậ Nam (theo qui hoạch cũ lƠ : đường số 1 khu tây lê Hồng
Phong, đường số 9 khu dơn cư Ngọc Hiệp)
3.1.3 Các thông số kỹ thu t ch y u
a- Các thông số kỹ thuật đối với đường sắt
- Khổ giới hạn ti p giáp ki n trúc đường sắt khổ 1000mm:
+ Chiều rộng:
B = 4,0m
+ Chiều cao (Từ đỉnh ray tr lên):
H = 5,30m
- Chiều cao khổ tĩnh không sau khi điều chỉnh (dự ki n) Hđc = 6,0m
b- Các thông số kỹ thuật đối với cầu đường bộ vượt đường sắt
- Hoạt tải xe ô tô thi t k cầu: HL93
- Tải trọng bộ hành: 3x10-3 Mpa
- Cấp động; có hệ số gia tốc nền A=0.0332
- Tốc độ thi t k theo hướng chính qua nút:
Vtk = 50 Km/h
- Tốc độ thi t k nhánh nối:
Vtk = 20 Km/h
- Đường hai đầu cầu: theo tiêu chuẩn cấp đường quy hoạch được duyệt.
- Độ dốc dọc tối đa: i = 4%
- Chiều cao tĩnh không tối thiểu vượt đường bộ:H = 4,75m.
- Chiều cao tĩnh không tối thiểu vượt đường sắt (tĩnh không lựa chọn
thi t k công trình): Với khổ đường sắt khổ 1000mm: H = 6,0m
3.1.4 Phư ng án thi t k nút giao thông Ngọc Hội
a- Kiểu dáng nút: nút giao lập thể giữa đường sắt, đường bộ

Nút giao thông Ngọc Hội: có dạng nút giao thông l p thể không hoàn
chỉnh, cho phép các hướng giao cắt theo kiểu nh p và tách làn.
b- Tổ chức giao thông qua nút
Căn c vào số liệu dự báo về lưu lượng giao thông qua nút để tính toán số
làn xe yêu cầu, lựa chọn các hướng mặt cắt cho các nhánh đường vào nút.
T n dụng tối đa các hướng có thể tổ ch c giao thông trên mặt đất.
Khu vực dơn cư 2 bên đường: Với các phư ng tiện xe c giới được ti p c n
vƠo đường gom 2 bên vƠ được tổ ch c thu n lợi để thông qua nút giao. Với
phư ng tiện xe thô s vƠ người đi bộ qua đường sắt được tổ ch c riêng với
công trình cầu bộ hành.
III.2 THIẾT KẾ KẾT CẤU CẦU CONG TRONG NÚT GIAO NGỌC
HỘI
3.2.1 Đặc điểm c a cầu cong trong nút giao thông khác m c
Nút giao thông khác m c lƠ nút giao thông mƠ các xung đột giao cắt c a
giao thông được giải quy t bằng các công trình cầu vượt hoặc hầm chui.


19
Việc sử dụng nút giao thông khác m c lƠm tăng đáng kể chất lượng khai
thác c a nút giao thông vƠ đường.
Cầu cong trong nút giao thông khác m c có những đặc điểm sau:
- Đặc điểm cấu tạo đảm bảo những yêu cầu riêng về thông số đặc trưng
như bán kính cong, độ m rộng mặt cầu, độ dốc, siêu cao,… các thông
số nƠy liên quan đ n nhau và phụ thuộc vào tiêu chuẩn kỹ thu t c a
tuy n đường một cách chặt ch .
- Xây dựng trên cạn nên chiều dài nhịp và chiều cao trụ không lớn, k t
cấu nhịp có thể thẳng hoặc cong hình dạng bất kỳ.
- K t cấu không gian nên gây ph c tạp trong công tác thi t k và thi
công.
- Đảm bảo yêu cầu về mỹ quan và phù hợp với cảnh quan xung quanh.

3.2.2 Các thông số kỹ thu t chính c a nút
Cầu được xây dựng vĩnh cửu bằng BTCT và BTCT dự ng lực gồm 2
phần: 4 nhánh cầu d n và Cầu vòng xuy n.
- Hoạt tải xe ô tô thi t k cầu: HL93
- Tải trọng bộ hành: 3x10-3 Mpa
- Tải trọng cầu bộ hƠnh vượt đường sắt:
4x10-3 Mpa
- Động đất, hệ số gia tốc nền ag:
0.0332 m/s2
- Tốc độ thi t k đường ngoài nút:
Vtk = 50 Km/h
- Tốc độ thi t k trong nút: Vtk = 20 Km/h
- Chiều cao tĩnh không tối thiểu vượt đường sắt (tĩnh không lựa chọn
thi t k công trình): Với khổ đường sắt khổ 1000mm: H = 6,0m

Hình 3. 1 - Phối cảnh nút giao Ngọc Hội
Trong phạm vi lu n văn, học viên chọn liên 1 trong vòng xuy n để nghiên
c u thi t k . Các thông số cấu tạo c a cầu cong trong liên 1
S đồ cầu
- Liên 1 gồm 3 nhịp liên tục có s đồ nhịp: 25.0+30.0+25.0=80.0m
- Bán kính tại tim cầu: R=30m
- Mặt cắt ngang dầm rộng 14.6m tính từ mép 2 cánh h ng. Chiều cao dầm
1.45m tại vị trí tim vòng xuy n. Cánh h ng phía bụng vòng xuy n dài
3.9m, phía lung vòng xuy n dƠi 2.3m để k t nối với các nhánh r .


20
- Mặt cắt ngang gồm 5 lỗ rỗng D950mm, khoảng cách giữa các lỗ rỗng là
1500mm. Đáy dầm nằm ngang, dầm được tạo dốc ngang bằng dốc mặt
cầu.

Hình 3. 2 - Mặt bằng liên 1

Hình 3. 3 – Mặt cắt ngang cầu

Hình 3. 4 - Mô h̀nh tính toán không gian cầu cong trong phần mềm RM
III.3 TệNH TOÁN NỘI L C KẾT CẤU CẦU CONG TRONG NÚT
3.3.1 Số liệu thi t k
a- Tải trọng tác dụng
- Hoạt tải: ĐoƠn xe HL-93 theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 (hay tiêu chuẩn
AASSHTO LRFD).
- Tĩnh tải:
- Phần trọng lượng bản thân.
- Lớp ph mặt cầu vƠ lan can: 49.81 kN/m (theo phư ng dọc cầu).
b- Vật liệu
- Bê tông
+ Cấp bê tông cường độ chịu nén quy định
tuổi 28 ngày:
f’c=45MPa
+ Tỷ trọng c a bê tông: c=2500 kg/m3
+ Modun đƠn hồi c a bê tông: Ec=36057 Mpa
- Cáp dự ng lực: Theo tiêu chuẩn ÁTM A416 cấp 270
+ Đường kính danh định 1 tao: 15.24mm
+ Lực kéo đ t nhỏ nhất 1 tao cáp: 260.7 KN


21
- Cốt thép thường: Theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2008
+ Cường độ giới hạn chảy: 400Mpa
+ Modun đƠn hồi: 200000 MPa

3.3.2 Tính toán nội lực vƠ k t quả
Tính toán dựa trên tiêu chuẩn thi t k cầu 22TCN-272-05 (hay tiêu chuẩn
AASSHTO LRFD). Theo c s tính toán sử dụng phần mềm Midas để mô
hình tính toán k t cấu cầu
Tuy nhiên, hiện nay khi áp dụng vào công trình thực t các công trình cầu
lớn ph c tạp hay cầu cong trong nút giao thường sử dụng song song 2 phần
mềm để so sánh và kiểm tra.
Phần mềm được sử dụng phổ bi n sử Việt Nam là Midas và RM, hai phần
mềm này cho k t quả nội lực tư ng tự nhau tuy nhiên phần mềm Midas có
nhược điểm khi tính toán Gradien nhiệt cho k t quả chưa chính xác đó lƠ
xuất hiện momen tại gối đối với nhịp giản đ n, trong khi đó phần mềm RM
lại cho k t quả chính xác h n. Do đó phần mềm RM được sử dụng nhiều
h n trong các công tr̀nh thực t . Nút giao Ngọc Hội sử dụng phần mềm
RM để tính toán cho k t quả nội lực: xem phụ lục tính toán


22

KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Nút giao Ngọc Hội có vị trí vượt đường sắt, c s hạ tầng bên dưới hạn ch
trong việc m rộng diện tích nút giao. Do đó lựa chọn thông số thi t k cho
nút trong giới hạn R< 70m chọn L< 40m đảm bảo yêu cầu kỹ thu t, vừa
đảm bảo khả năng lưu thông đồng thời phù hợp với hiện trạng công trình.
Sau khi phân tích k t quả tính toán trên, lựa chọn bán kính nút R=30m,
chiều dài nhịp biên 30m, nhịp giữa 25m, s đồ k t cấu hợp ĺ, đảm bảo khả
năng chịu lực.


23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

A. K t qu th c hi n đ tài
Lu n văn đư giải quy t được c bản các vấn đề sau đơy:
1. Lu n văn đư nêu được tính cấp bách c a việc sử dụng các nút giao khác
m c để giải quy t ách tắc giao thông các đô thị lớn nước ta. Trong đó
việc sử dụng k t cấu cầu cong để thi t k các nhánh r c a nút giao thông
khác m c là rất cần thi t vƠ đảm bảo các yêu cầu về kỹ thu t và mỹ quan
đô thị.
2. Lu n văn đư tổng hợp và phân tích các dạng k t cấu nhịp và trụ cầu
bêtông cốt thép đư sử dụng trong k t cấu cầu cong c a các nút giao thông
khác m c, cầu vượt, cầu cạn trên Th giới và Việt Nam. Một số dạng
k t cấu nhịp và k t cấu trụ áp dụng trong k t cấu cầu cong Việt Nam:
+ Các k t cấu nhịp và mố trụ cần đạt các yêu cầu về khai thác, mỹ quan
công trình, công nghệ thi công, tính kinh t .
+ K t cấu nhịp: Dùng ti t diện ngang có dạng là dầm bản đặc, bản rỗng và
dầm bản sườn đối với nhịp trung bình và nhỏ (l = 20-30m) có bán kính
cong nhỏ. Dùng ti t diện hình hộp đối với nhịp lớn, có bán kính cong lớn.
Nên sử dụng công nghệ thi công đổ tại chổ là tốt nhất.
3. Học viên đư nghiên c u được lý thuy t tính toán k t cấu cong và sử
dụng phần mềm MIDAS/Civil để tính toán nội lực k t cấu cong.
4. Bằng việc đưa ra nhiều dạng s đồ k t cấu cong (nhịp đ n giản và liên
tục) và tính toán nội lực với bán kính cong, chiều dài nhịp thay đổi. Học
viên đư sử dụng phần mềm tính toán MIDAS/Civil để tính toán nội lực và
đư l p các bảng số liệu, các đồ thị, qua đó có một số nh n xét sau:
- Về mômen uốn: Khi bán kính cong cƠng tăng th̀ mômen uốn càng
giảm, khi R<60m thì mômen xoắn thay đổi nhiều và có giá trị lớn, khi
R>200n thì chêch lệch mômen xoắn c a các ti t diện trong k t cấu cong
thay đổi ít h n.
- Về mômen xoắn: Khi bán kính cong cƠng tăng th̀ mômen xoắn càng
giảm. Mômen xoắn tăng nhanh vƠ có giá trị lớn khi bán kính giảm kể từ
R=100m. Mômen xoắn tăng nhiều khi bán kính giảm mà chiều dài nhịp

tăng. Khi R>100m vƠ chiều dài nhịp L<100m thì mômen xoắn thay đổi
không lớn.
- Về lực cắt: Lực cắt trong k t cấu cong ít thay đổi khi thay đổi bán kính
cong và chiều dài nhịp.5. Bằng việc ng dụng các k t quả nghiên c u
trên, học viên đư đưa ra phư ng án thi t k nút giao thông khác m c
Ngọc Hội tại thành phố Nha Trang có sử dụng k t cấu cầu cong trong
các nhánh r c a nút.
B. ụ nghĩa khoa h c và tính th c ti n c a đ tài
Vấn đề giải quy t ách tắc về giao thông các đô thị và đảm bảo các yêu
cầu về giao thông trong mạng lưới giao thông ngày càng phát triển, việc