Bai giang Co so cong trinh cau - phan Tong luan cau- T.Hung (5)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.75 MB, 101 trang )
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
GV: DIỆP THÀNH HƯNG
BM: CẦU HẦM - CSII
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
1
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
2
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN
Tên học phần:
CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
FUNDAMENTAL OF BRIDGE ENGINEERING
Mã số:
1. Số tín chỉ học phần: 02 (2.1.4)
2. Phân bổ số giờ (tiết) của học phần:
- Lý thuyết:
24 tiết
- Bài tập:
6 giờ
- Bài tập lớn:
0 giờ
- Thực hành và thảo luận:
- Thí nghiệm:
- Tự học:
12 giờ
0 giờ
60 giờ
3. Chương trình đào tạo chuyên ngành:
- Xây dựng Cầu-Hầm.
- Xây dựng Cầu-Đường bộ.
- Xây dựng Cầu-Đường sắt.
- Xây dựng Đường bộ.
- Xây dựng Đường sắt.
- Xây dựng Đường Hầm & Metro.
4. Phương pháp đánh giá học phần: Vấn đáp, trắc nghiệm khách quan, tự luận.
4.1. Điểm đánh giá quá trình học tập:
- Chuyên cần:
15%
- Kiểm tra giữa kỳ:
15%
- Bài tập:
10%
4.2. Điểm kết thúc học phần:
60%
5. Điều kiện học học phần:
Môn học tiên quyết:
- Các môn học cơ sở ngành.
6. Nhiệm vụ của sinh viên:
- Nắm vững các kiến thức cơ bản về công trình cầu; cấu tạo, tính toán thiết kế KCN
cầu thường dùng trên đường giao thông;
- Tham dự đầy đủ các giờ học lý thuyết trên lớp để nắm được các kiến thức cơ bản của
môn học;
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
3
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN
- Tự học: Chuẩn bị bài trước mỗi buổi học trên lớp. Hệ thống, phân tích, tổng hợp các
kiến thức đã học, nghiên cứu sâu và mở rộng kiến thức môn học từ các nguồn thư viện và
Internet…. Vận dụng các kiến thức đã học vào giải bài tập;
- Tham dự bài kiểm tra giữa kỳ để tích lũy điểm thành phần;
- Hoàn thành các bài tập để tích lũy điểm thành phần và đảm bảo điều kiện dự thi kết
thúc học phần;
- Tích cực hoàn thành các phần thực hành và tham gia thảo luận trên lớp.
7. Nội dung tóm tắt học phần:
Môn học cơ sở công trình cầu là học phần nhập môn về ngành cầu đồng thời đề cập đến
các hạng mục dùng chung cho các công trình cầu đối với sinh viên ngành xây dựng cầu
đường.
Môn học trình bày các khái niệm cơ bản về cầu: các giai đoạn thiết kế, các điều kiện
thiết kế, triết lý thiết kế cầu và các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành ở Việt Nam. Môn học
trình bày các cấu tạo chung của cầu như: Mặt cầu, độ dốc dọc và ngang cầu, hệ thống thoát
nước, khe co giãn, lan can, đường người đi, nối tiếp cầu và đường. Cấu tạo và tính toán các
dạng mố và trụ cầu dầm trên đường giao thông.
Nắm vững cơ sở tính toán thiết kế, trình tự và nội dung tính toán thiết kế các dạng mố
trụ cầu dầm theo các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành: xác định hiệu ứng lực tại các mặt cắt đặc
trưng, tính toán sức kháng và tính duyệt theo điều kiện các TTGH.
8. Giảng viên giảng dạy môn học:
Các Giảng viên chính; Tiến sĩ; PGS; GS
9. Tài liệu giảng dạy và học tập, tài liệu tham khảo chính:
9.1. Tài liệu giảng dạy và Tài liệu tham khảo:
[1]. Nguyễn Thị Minh Nghĩa (Chủ biên): Tổng luận cầu
[2]. Nguyễn Thị Minh Nghĩa (Chủ biên): Mố trụ cầu
[3]. Bộ môn Cầu hầm: Bài giảng Cơ sở công trình cầu
[4]. Barker R. M, Pucket J. A. Design of highway bridges based on AASHTO LRFD
bridge design specifications, 2007
[5]. AASHTO (2005). AASHTO LRFD Bridge Design Specifications - SI Units, Third
Edition, 2005 Interim Revisions, American Association of State Highway and
Transportation Officials, Washington D.C.
[6]. Wai-fah Chen, Lian Duan. Bridge Engineering handbook
[7]. 22 TCN 272-05 Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ
[8]. 22 TCN 18-79 Quy trình thiết kế cầu cống theo TTGH
[9]. Bộ môn Cầu hầm : Hướng dẫn thiết kế mố trụ
[ ]. Các tài liệu khác
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
4
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN
10. Nội dung đề cương chi tiết:
10.1. Nội dung chi tiết môn học:
Chương I Khái niệm về các công trình nhân tạo trên đường
1.1- Các loại công trình nhân tạo trên đường
1.2- Các bộ phận và các kích thước cơ bản của cầu
1.3- Phân loại cầu theo phạm vi sử dụng và theo sơ đồ tĩnh học
1.4- Lịch sử và những xu hướng phát triển trong xây dựng cầu
Chương II Các căn cứ cơ bản và điều kiện để thiết kế cầu
2.1- Các giai đoạn đầu tư xây dựng và các bước thiết kế
2.1- Triết lý thiết kế cầu
2.3- Các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành
Chương III Thiết kế các phương án cầu
3.1- Các điều kiện cơ bản để thiết kế cầu
3.2- Phân chia nhịp cầu, chọn dạng và bố trí kết cấu nhịp cầu, kết cấu mố trụ
3.3- Khối lượng công trình và tổng mức đầu tư
3.4- Thiết kế thẩm mỹ và cảnh quan
3.5- So sánh và lựa chọn phương án
Chương IV
Mặt cầu và đường người đi
4.1- Cấu tạo mặt cầu ôtô và đường sắt
4.2- Phòng nước và thoát nước trên cầu
4.3- Khe co dãn trên cầu
4.4- Mặt cầu liên tục nhiệt
4.5- Lề người đi và lan can
4.6- Nối tiếp giữa đường và cầu
Chương V
Khái niệm chung về mố trụ cầu dầm
5.1- Khái niệm chung
5.2- Phân loại mố trụ cầu
5.3- Nguyên tắc xác định các kích thước cơ bản của mố trụ cầu
Chương VI Cấu tạo mố trụ cầu dầm
6.1- Cấu tạo mố cầu dầm
6.2- Cấu tạo trụ cầu dầm
6.3- Các dạng kết cấu mố trụ khác
Chương VII Cơ sở phân tích kết cấu cầu
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
5
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN
7.1- Khái niệm về ứng xử tải trọng
7.2- Tải trọng và tác động
7.3- Các mô hình phân tích kết cấu cầu
7.4- Mô hình bài toán phẳng và các phương pháp tính toán hệ số phân bố tải trọng
7.5- Các phương pháp mới trong phân tích kết cấu cầu
Chương VIII Tính toán mố trụ cầu dầm
8.1- Các loại tải trọng tác dụng lên mố cầu
8.2- Các tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu đường ôtô
8.3- Các tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu đường sắt
8.4- Tính toán thiết kế mố trụ cầu đường sắt
Chương IX Gối cầu
9.1- Khái niệm chung
9.2- Cấu tạo gối cầu
9.3- Tính gối tiếp tuyến và gối con lăn
9.4- Tính gối cao su
Bài tập:
Mục đích yêu cầu:
Các bài tập nhằm nâng cao cho sinh viên năng lực vận dụng các lý thuyết đã học để
giải quyết một số bài toán thiết kế cụ thể có tính tổng hợp, với mức độ như những công
đoạn thiết kế thực tế, đồng thời rèn luyện kỹ năng tính toán cho sinh viên. Yêu cầu cụ thể
của bài tập đã đề cập trong tài liệu "Hướng dẫn thiết kế lập phương án cầu và thiết kế mố trụ
cầu". Có thể yêu cầu tính bằng tay hoặc làm trên máy tính.
Nội dung cácbài tập:
+ Tính toán nội lực trong các bộ phận mố, trụ cầu dầm.
+ Tính toán sức kháng và tính duyệt các mặt cắt mố trụ cầu dầm theo trạng thái giới
hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
6
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN
10.2. Phân bổ thời gian:
Số Tiết/giờ
TT
Nội dung
Lý
thuyết
Bài
tập
Bài tập
lớn
Thí
nghiệm
Thảo
luận
Thực
hành
Tự
học
1
C1. Khái niệm về các công
trình nhân tạo trên đường
2
2
C2. Các căn cứ cơ bản và điều
kiện để thiết kế cầu.
2
2
5
3
C3. Thiết kế các phương án
cầu
3
2
10
4
C4. Mặt cầu và đường người
đi
2
5
5
C5. Khái niệm chung về mố trụ
cầu dầm
2
5
6
C6. Cấu tạo mố trụ cầu dầm
3
10
7
C7. Cơ sở phân tích kết cấu
cầu
4
8
C8. Tính toán mố trụ cầu dầm
4
9
C9. Gối cầu
2
Tổng
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
5
24
7
4
10
6
4
10
6
12
60
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
(TƯƠNG ỨNG VỚI 1 TÍN CHỈ = 15 TIẾT LÝ THUYẾT)
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
8
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
MỤC LỤC
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: .............................................................................................................. 14
KHÁI NIỆM VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG ................ 14
1.1. CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG: ......................................14
1.1.1. Cầu: ......................................................................................................................14
1.1.2. Các công trình thoát nước nhỏ: ...........................................................................14
1.1.3. Tường chắn: .........................................................................................................16
1.1.4. Hầm: ....................................................................................................................16
1.2. CÁC BỘ PHẬN VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU: ............................19
1.2.1. Các bộ phận của công trình cầu:..........................................................................19
1.2.2. Các kích thước cơ bản của cầu: ...........................................................................19
1.3. PHÂN LOẠI CẦU:.....................................................................................................21
1.3.1. Phân loại theo mục đích sử dụng: ........................................................................21
1.3.2. Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp: .............................................................21
1.3.3. Phân loại theo chướng ngại vật: ..........................................................................21
1.3.4. Phân loại theo cao độ đường xe chạy: .................................................................25
1.3.5. Phân loại theo sơ đồ tĩnh học:..............................................................................26
1.3.6. Phân loại theo sơ đồ cấu tạo: ...............................................................................27
1.4. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI CẦU: ...............................................................30
1.4.1. Yêu cầu về mặt xây dựng và khai thác: ...............................................................30
1.4.2. Yêu cầu về mặt kinh tế: .......................................................................................31
1.4.3. Yêu cầu về mặt mỹ quan: ....................................................................................31
1.4.4. Yêu cầu về mặt an ninh quốc phòng: ..................................................................31
1.5. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGÀNH XD CẦU: ............31
1.5.1. Sơ lược lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu: ..................................................31
1.5.1.1. Cầu gỗ: .........................................................................................................31
1.5.1.2. Cầu đá:..........................................................................................................31
1.5.1.3. Cầu thép:.......................................................................................................32
1.5.1.4. Cầu bêtông cốt thép: .....................................................................................32
1.5.2. Một số xu hướng phát triển khoa học kỹ thuật trong ngành xây dựng cầu: ........35
1.5.2.1. Về vật liệu: ...................................................................................................35
1.5.2.2. Về kết cấu: ....................................................................................................35
1.5.2.3. Về công nghệ thi công:.................................................................................35
1.5.2.4. Về tính toán: .................................................................................................35
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
9
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
MỤC LỤC
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
CHƯƠNG 2: .............................................................................................................. 36
CÁC CĂN CỨ CƠ BẢN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ THIẾT KẾ CẦU ......................... 36
2.1. CÁC GIAI ĐOẠN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ: ...............36
2.1.1. Các giai đoạn đầu tư xây dựng: ...........................................................................36
2.1.1.1. Chuẩn bị đầu tư: ...........................................................................................36
2.1.1.2. Thực hiện đầu tư: .........................................................................................38
2.1.1.3. Kết thúc xây dựng đưa công trình vào khai thác sử dụng: ...........................39
2.1.2. Các bước thiết kế: ................................................................................................39
2.2. TRIẾT LÝ THIẾT KẾ: ...............................................................................................40
2.2.1. Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép: (ASD) ........................................41
2.2.2. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng: (LFD) ...............................................41
2.2.3. Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn: (LSD) ........................................42
2.2.4. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng: (LRFD) ......................43
2.3. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU HIỆN HÀNH: ..............................................44
CHƯƠNG 3: .............................................................................................................. 45
THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU .................................................................... 45
3.1. CÁC CĂN CỨ LẬP PHƯƠNG ÁN CẦU: ................................................................45
3.1.1. Khái niệm chung:.................................................................................................45
3.1.2. Phân tích các tài liệu khi thiết kế các phương án cầu: .........................................45
3.1.2.1. Chọn vị trí cầu: .............................................................................................45
3.1.2.2. Mặt cắt dọc tim cầu: .....................................................................................46
3.1.2.3. Mặt cắt địa chất dọc tim cầu: .......................................................................46
3.1.2.4. Các số liệu thủy văn: ....................................................................................46
3.1.2.5. Khẩu độ thoát nước: .....................................................................................46
3.1.3. Khổ giới hạn và khổ thông thuyền: .....................................................................47
3.1.3.1. Khổ giới hạn: ................................................................................................47
3.1.3.2. Khổ thông thuyền: ........................................................................................47
3.2. THÀNH LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU: .................................................................48
3.2.1. Xác định tổng chiều dài kết cấu nhịp: .................................................................48
3.2.2. Chọn và bố trí các nhịp cầu: ................................................................................48
3.2.2.1. Xác định vị trí và khẩu độ nhịp chủ: ............................................................48
3.2.2.2. Chọn dạng và phân chia kết cấu nhịp: .........................................................49
3.2.3. Xây dựng đường mặt cầu: ...................................................................................50
3.2.4. Xây dựng đường đáy kết cấu nhịp:......................................................................50
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
10
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
MỤC LỤC
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
3.2.5. Áp kết cấu nhịp vào mặt cắt sông: .......................................................................50
3.2.6. Xác định chiều cao mố, trụ: .................................................................................50
3.3. XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TRÌNH VÀ TỔNG MỨC ĐẦU TƯ:...............51
3.4. THIẾT KẾ THẨM MỸ VÀ CẢNH QUAN:..............................................................51
3.5. SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN: ....................................................................51
CHƯƠNG 4: .............................................................................................................. 52
MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI....................................................................... 52
4.1. CẤU TẠO MẶT CẦU: ..............................................................................................52
4.1.1. Mặt cầu ôtô: .........................................................................................................52
4.1.1.1. Mặt cầu bằng bêtông Atphalt: ......................................................................52
4.1.1.2. Mặt cầu bằng bêtông ximăng: ......................................................................53
4.1.1.3. Mặt cầu bằng thép: .......................................................................................54
4.1.2. Mặt cầu đường sắt: ..............................................................................................56
4.1.2.1. Mặt cầu có máng đá balát:............................................................................56
4.1.2.2. Mặt cầu trần (tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm): ..................................................57
4.1.2.3. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu: ..............................................58
4.2. PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRÊN CẦU: ..................................................59
4.2.1. Độ dốc phòng nước trên cầu:...............................................................................59
4.2.1.1. Độ dốc dọc cầu: ............................................................................................59
4.2.1.2. Độ dốc ngang cầu: ........................................................................................60
4.2.2. Ống thoát nước trên cầu: .....................................................................................61
4.2.2.1. Yêu cầu: ........................................................................................................61
4.2.2.2. Cấu tạo ống thoát nước: ...............................................................................61
4.2.2.3. Nguyên tắc bố trí ống thoát nước: ................................................................62
4.3. KHE CO GIÃN TRÊN CẦU: .....................................................................................63
4.3.1. Vai trò của khe co giãn: .......................................................................................63
4.3.2. Yêu cầu đối với khe co giãn: ...............................................................................64
4.3.3. Các loại khe co giãn: ...........................................................................................64
4.3.3.1. Khe co giãn hở: ............................................................................................64
4.3.3.2. Khe co giãn kín: ...........................................................................................65
4.3.3.3. Khe co giãn cao su chịu nén: ........................................................................65
4.3.3.4. Khe co giãn cao su bản thép: ........................................................................66
4.3.3.5. Khe co giãn bản thép trượt: ..........................................................................66
4.3.3.6. Khe co giãn răng lược, răng cưa: .................................................................67
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
11
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
MỤC LỤC
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
4.3.3.7. Khe co giãn môđun: .....................................................................................68
4.4. MẶT CẦU LIÊN TỤC NHIỆT ĐỘ: ..........................................................................69
4.4.1. Sự cần thiết bố trí mặt cầu liên tục nhiệt độ: .......................................................69
4.4.2. Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ: .......................................................................69
4.4.3. Đặc điểm làm việc: ..............................................................................................70
4.4.4. Ưu, nhược điểm: ..................................................................................................70
4.5. LỀ NGƯỜI ĐI VÀ LAN CAN: ..................................................................................70
4.5.1. Lề người đi: .........................................................................................................70
4.5.2. Lan can: ...............................................................................................................71
4.6. NỐI TIẾP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẦU: ........................................................................72
4.6.1. Yêu cầu nối tiếp từ đường vào cầu: .....................................................................72
4.6.2. Nối tiếp giữa đường và cầu trên đường ôtô: ........................................................72
4.6.3. Nối tiếp giữa đường và cầu trên đường sắt: ........................................................74
CHƯƠNG 7: .............................................................................................................. 75
CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU .................................................................... 75
7.1. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG: ..................................................................................75
7.1.1. Các trạng thái giới hạn:........................................................................................75
7.1.2. Tải trọng và tổ hợp tải trọng: ...............................................................................75
7.1.2.1. Các loại tải trọng và hệ số tải trọng:.............................................................75
7.1.2.2. Hoạt tải xe: ...................................................................................................77
7.1.2.3. Lực xung kích IM: ........................................................................................80
7.1.2.4. Tải trọng bộ hành: ........................................................................................80
7.1.2.5. Các tải trọng khác:........................................................................................80
7.1.2.6. Tổ hợp tải trọng: ...........................................................................................81
7.2. CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU: .......................................................81
7.2.1. Nguyên tắc chung: ...............................................................................................81
7.2.2. Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình không gian: .................................81
7.2.3. Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình phẳng:..........................................82
7.3. MÔ HÌNH BÀI TOÁN PHẲNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỆ SỐ
PHÂN BỐ TẢI TRỌNG:...................................................................................................83
7.3.1. Nguyên tắc tính toán: ...........................................................................................83
7.3.2. Các nhóm phương pháp tính toán hệ số phân bố tải trọng: .................................83
7.3.3. Phương pháp đòn bẩy: .........................................................................................84
7.3.4. Tính hệ số phân bố ngang theo 22TCN272-05: ..................................................85
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
12
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
MỤC LỤC
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
CHƯƠNG 9: .............................................................................................................. 95
GỐI CẦU .................................................................................................................... 95
9.1. KHÁI NIỆM CHUNG: ...............................................................................................95
9.1.1. Vai trò của gối cầu: ..............................................................................................95
9.1.2. Nguyên tắc bố trí gối cầu:....................................................................................95
9.1.2.1. Bố trí trên mặt chính: ...................................................................................95
9.1.2.2. Bố trí trên mặt bằng:.....................................................................................96
9.2. CẤU TẠO GỐI CẦU: ................................................................................................97
9.2.1. Gối cầu dầm BTCT: ............................................................................................97
9.2.1.1. Gối tiếp tuyến: ..............................................................................................97
9.2.1.2. Gối cao su bản thép: .....................................................................................98
9.2.1.3. Gối chậu: ......................................................................................................98
9.2.2. Gối cầu dầm và cầu dàn thép: ..............................................................................99
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
13
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
CHƯƠNG 1:
KHÁI NIỆM VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG
1.1. CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG:
- Khái niệm: Là một kết cấu do con người xây dựng trên đường cho phép vượt qua các
chướng ngại vật để đảm bảo giao thông.
- Công trình nhân tạo trên đường bao gồm:
+ Công trình vượt sông, suối, thung lũng,…: Cầu, hầm.
+ Công trình chắn đất: Tường chắn.
+ Công trình thoát nước nhỏ: Cống, đường tràn, cầu tràn.
1.1.1. Cầu:
Cầu là công trình để vượt qua dòng nước, qua thung lũng, qua đường, qua các khu vực
sản xuất, các khu thương mại hoặc qua khu dân cư. Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 thì cầu
là một kết cấu bất kỳ vượt khẩu độ không dưới 6m tạo thành một phần của một con đường.
Hình 1.1a: Mô hình công trình cầu.
Hình 1.1b: Cầu Phú Mỹ.
Hình 1.1c: Cầu Bình Lợi.
1.1.2. Các công trình thoát nước nhỏ:
- Đường tràn là công trình có mặt đường nằm sát cao độ đáy sông, vào mùa mưa nước
chảy tràn qua mặt đường nhưng xe cộ vẫn đi lại được. Có thể đặt cống bên dưới để thoát
nước. Áp dụng: Cho các dòng chảy có lưu lượng nhỏ, và có lũ xảy ra trong thời gian ngắn.
Hình 1.2a: Mô hình đường tràn.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
14
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
Hình 1.2b: Công trình đường tràn.
- Cầu tràn là công trình được thiết kế dành một lối thoát nước dưới đường, đủ để dòng
chảy thông qua với một lưu lượng nhất định. Khi vượt quá lưu lượng này, nước sẽ tràn qua
đường. Áp dụng: Cho những dòng chảy có lưu lượng nhỏ và trung bình tương đối kéo dài
trong năm.
Hình 1.3a: Mô hình cầu tràn.
Hình 1.3b: Công trình cầu tràn.
- Cống là công trình thoát nước chủ yếu qua các dòng nước nhỏ, có lưu lượng nhỏ (Q
40 50 m3/s). Quy định: Chiều dày lớp đất đắp trên đỉnh cống ≥ 0.5m để phân bố áp lực
bánh xe và giảm lực xung kích.
Hình 1.4a: Mô hình cống thoát nước qua đường.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
15
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
Hình 1.4b: Công trình cống.
1.1.3. Tường chắn:
Tường chắn là công trình chắn đất, được xây dựng nhằm đảm bảo ổn định của độ dốc
taluy nền đường.
Hình 1.5: Công trình tường chắn.
1.1.4. Hầm:
Hầm là công trình có cao độ tuyến đường thấp hơn nhiều so với mặt đất tự nhiên. Tùy
theo mục đích sử dụng có các công trình hầm sau:
- Hầm vượt núi: Là hầm được xây dựng xuyên qua núi, có cao độ tuyến đường thấp
hơn nhiều so với cao độ mặt đất tự nhiên.
Hình 1.6a: Mô hình hầm vượt núi.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
16
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
Hình 1.6b: Hầm Hải Vân.
- Hầm vượt sông, eo biển: Khi vượt qua các sông lớn, các eo biển sâu, việc xây dựng
trụ cầu khó khăn hoặc cầu quá cao, khi đó ta có thể làm hầm.
Hình 1.7: Hầm Thủ Thiêm.
- Hầm giao thông trong lòng đất: Trong các thành phố đông dân cư để đảm bảo giao
thông nhanh chóng, có thể xây dựng các hầm cho người, xe cộ hoặc tàu điện đi qua.
Hình 1.8a: Mô hình hầm giao thông trong lòng đất.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
17
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
Hình 1.8b: Công trình hầm giao thông trong lòng đất.
Hình 1.8c: Mô hình xây dựng tàu điện ngầm ở Hà Nội trong tương lai.
- Hầm vượt đường (hầm chui): Tại các nút giao ta có thể xây dựng hầm chui.
Hình 1.9: Công trình hầm vượt đường.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
18
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
1.2. CÁC BỘ PHẬN VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU:
1.2.1. Các bộ phận của công trình cầu:
- Công trình cầu bao gồm: Cầu, đường dẫn vào cầu, các công trình điều chỉnh dòng chảy
và gia cố bờ sông.
- Cầu bao gồm: Kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới.
+ Kết cấu phần trên: Kết cấu nhịp.
Tác dụng: Tạo ra bề mặt cho xe chạy và cho người đi bộ trên cầu, đảm bảo xe chạy
êm thuận và an toàn trong quá trình chuyển động.
+ Kết cấu phần dưới: Mố cầu, trụ cầu, nền móng.
Tác dụng: Đỡ kết cấu phần trên và truyền tải trọng từ kết cấu phần trên xuống đất
nền. Kết cấu phần dưới thường chiếm (40 60)% tổng giá thành xây dựng công trình.
Hình 1.10: Các bộ phận của cầu.
- Ngoài ra còn có các bộ phận khác như: Lớp phủ mặt cầu, lan can, hệ thống thoát nước,
gối cầu, khe co giãn, …
1.2.2. Các kích thước cơ bản của cầu:
Hình 1.11: Các kích thước cơ bản của cầu.
- Các chiều dài cầu:
+ Khẩu độ thoát nước dưới cầu (L0): Là chiều dài thoát nước dưới cầu được xác định
trên cơ sở tính toán thủy văn dưới cầu theo tần suất thiết kế P%, đảm bảo sau khi xây dựng
cầu không phát sinh ra hiện tượng xói chung và xói cục bộ quá lớn hoặc không tạo nên mực
nước dềnh quá lớn trước cầu.
+ Chiều dài nhịp (Lnh): Là khoảng cách tính từ đầu dầm bên này đến đầu dầm bên kia.
+ Chiều dài nhịp tính toán (Ltt): Là khoảng cách giữa tim các gối của một nhịp.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
19
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
+ Chiều dài toàn cầu (Lcau): Là chiều dài tính từ đuôi mố bên này đến đuôi mố bên kia.
Lcau Lnh a 2.Lmo
Trong đó:
Lnh: Là chiều dài của một nhịp.
a: Khe hở giữa các đầu dầm.
Lmo: Chiều dài của mố cầu.
- Các chiều cao thiết kế cầu:
+ Chiều cao tự do dưới cầu (H): Là khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNCN.
+ Chiều cao kiến trúc của cầu (Hkt): Là khoảng cách tính từ đáy KCN đến mặt đường
xe chạy.
+ Chiều cao của cầu (H1): Là khoảng cách tính từ mặt đường xe chạy đến MNTN (đối
với cầu vượt qua dòng nước) và đến mặt đất tự nhiên (đối với cầu cạn).
- Các mực nước thiết kế:
+ Mực nước cao nhất (MNCN): Là mực nước lớn nhất xuất hiện trên sông ứng với tần
suất lũ thiết kế P%. Dựa vào MNCN để xác định khẩu độ cầu tính toán và cao độ đáy dầm.
+ Mực nước thấp nhất (MNTN): Là mực nước thấp nhất xuất hiện trên sông ứng với
tần suất lũ thiết kế P%. Dựa vào MNTN để biết vị trí chỗ lòng sông nước sâu trong mùa
cạn, căn cứ vào đó để xác định vị trí các nhịp thông thuyền. Ngoài ra còn xác định cao độ
đỉnh bệ móng của trụ giữa sông.
Mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất được xác định theo các số liệu quan trắc
thủy văn về mực nước lũ, được tính toán theo tần suất P% quy định đối với các cầu và
đường khác nhau.
+ Mực nước thông thuyền (MNTT): Là mực nước cao nhất cho phép tàu bè đi lại dưới
cầu an toàn. Dựa vào MNTT và chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy dầm.
Theo Tiêu chuẩn 22TCN18-79, tần suất thiết kế để tính MNCN, MNTN cho cầu vừa,
cầu lớn là 1%, MNTT là 5%. Hiện nay theo Tiêu chuẩn 22TCN272-05 không quy định.
Xác định cao độ đáy dầm:
+ Đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN 0.5m đối với sông đồng bằng và
1.0m đối với sông miền núi có đá lăn cây trôi (đường ôtô).
+ Tại những nơi khô cạn hoặc đối với cầu cạn, cầu vượt thì cao độ đáy dầm tại mọi vị
trí phải cao hơn mặt đất tự nhiên 1.0m.
+ Cao độ đáy dầm phải cao hơn hoặc bằng MNTT cộng với chiều cao thông thuyền.
+ Đỉnh xà mũ của mố trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
20
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
1.3. PHÂN LOẠI CẦU:
1.3.1. Phân loại theo mục đích sử dụng:
Tùy theo mục đích sử dụng, có thể phân thành các loại cầu:
- Cầu ôtô: Là công trình cầu cho tất cả các phương tiện giao thông trên đường ôtô như: xe
tải, xe gắn máy, xe thô sơ và đoàn người bộ hành, ...
- Cầu đường sắt: Được xây dựng dành riêng cho tàu hỏa.
- Cầu đi bộ: Phục vụ dành riêng cho người đi bộ.
- Cầu thành phố: Là cầu cho ô tô, tàu điện, người đi bộ, ...
- Cầu chạy chung: Là cầu cho cả ô tô, xe lửa, người đi bộ, ...
- Cầu đặc biệt: Là các cầu phục vụ cho các ống dẫn nước, ống dẫn khí, ...
1.3.2. Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp:
- Cầu gỗ.
- Cầu đá.
- Cầu bê tông.
- Cầu bê tông cốt thép.
- Cầu thép.
1.3.3. Phân loại theo chướng ngại vật:
- Cầu thông thường (vượt sông): Là các công trình cầu được xây dựng vượt qua các dòng
nước như: sông, suối, khe sâu, ...
Hình 1.12a: Mô hình cầu thông thường.
Hình 1.12b: Công trình cầu thông thường.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
21
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
- Cầu vượt (cầu qua đường): Là các công trình cầu được thiết kế cho các nút giao nhau
khác mức trên đường ôtô hoặc đường sắt.
Hình 1.13a: Mô hình cầu vượt đường.
Hình 1.13b: Công trình cầu vượt đường.
- Cầu cạn: Là các công trình cầu được xây dựng ngay trên mặt đất để làm cầu dẫn vào
cầu chính hoặc nâng cao độ tuyến đường lên để giải phóng không gian bên dưới.
Hình 1.14a: Mô hình cầu cạn.
Hình 1.14b: Công trình cầu cạn.
- Cầu cao: Là các công trình cầu bắc qua thung lũng khe sâu, các trụ cầu có chiều cao >
20 25 m, thậm chí đến hàng trăm mét.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
22
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
Hình 1.15a: Mô hình cầu cao.
Hình 1.15b: Công trình cầu cao.
- Cầu phao: Là các công trình cầu được xây dựng bằng hệ nổi nhằm phục vụ cho mục
đích quân sự hoặc phục vụ giao thông trong một thời gian ngắn.
Hình 1.16a: Mô hình cầu phao.
Hình 1.16b: Công trình cầu phao.
- Cầu mở: Cầu mở là cầu có 1 hoặc 2 nhịp sẽ được di động khỏi vị trí để tàu bè qua lại
trong khoảng thời gian nhất định. Có các loại cầu mở sau:
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
23
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
+ Cầu cất: KCN có thể mở về 1 phía hoặc 2 phía theo góc 700 800 so với phương
nằm ngang.
Hình 1.17a: Mô hình cầu cất.
Hình 1.17b: Công trình cầu cất.
+ Cầu nâng: KCN được nâng hạ theo phương thẳng đứng.
Hình 1.18a: Mô hình cầu nâng.
Hình 1.18b: Công trình cầu nâng.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
24
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG
BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU
+ Cầu quay: KCN quay trên mặt bằng một góc 900.
Hình 1.19a: Mô hình cầu quay.
Hình 1.19b: Công trình cầu quay.
1.3.4. Phân loại theo cao độ đường xe chạy:
Tùy theo việc bố trí cao độ đường xe chạy, có thể phân thành:
- Cầu có đường xe chạy trên: Khi đường xe chạy đặt trên đỉnh kết cấu nhịp.
Hình 1.20: Cầu có đường xe chạy trên.
- Cầu có đường xe chạy dưới: Khi đường xe chạy bố trí dọc theo biên dưới KCN.
Hình 1.21: Cầu có đường xe chạy dưới.
TH: KS.DIỆP THÀNH HƯNG
25
BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII
