Bài giảng Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu: Chương 3 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

8/20/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

Website: 

Website:  />
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG 
MỐ TRỤ CẦU
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học:  />Hà Nội, 8‐2013

CHƯƠNG III
Cấu tạo trụ cầu

64

1


8/20/2013

Nội dung chương 3
• 3.1. Các bộ phận của trụ cầu
– Chức năng và các kích thước cơ bản

• 3.2. Cấu tạo trụ toàn khối
– Trụ nặng bằng bê tông
– Trụ thân hẹp

– Trụ cột

• 3.3. Cấu tạo trụ lắp ghép.
• 3.4. Cấu tạo trụ bán lắp ghép
• 3.5. Cấu tạo mố trụ dẻo
65

3.1. Các bộ phận của trụ cầu
1. Mũ trụ
2. Thân trụ
3. Bệ trụ
4. Móng
5. Đá kê gối
– Trụ cầu gồm các bộ phận chính là mũ trụ, thân trụ và bệ trụ
tựa trên nền thiên nhiên, nền cọc, hoặc giếng chìm…
• Nếu trụ tựa trên nền thiên nhiên thì bệ trụ làm luôn nhiệm
vụ của móng
66

2


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)

67

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• 3.1.1. Mũ trụ

– Mũ trụ trực tiếp chịu áp lực từ kết cấu nhịp truyền xuống nên
thường được làm bằng BTCT cấp C30

68

3


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
– Kết cấu nhịp tựa trên mũ trụ thông qua gối cầu
– Tại vị trí kê gối trên mũ trụ thường cấu tạo đá tảng bằng BTCT 
có chiều cao tối thiểu 15cm và đặt các lưới thép chịu lực cục
bộ D = 8‐10mm với mắt lưới từ 5‐10cm
– Trường hợp trên đỉnh trụ bố trí hai loại gối có chiều cao khác
nhau hoặc trong trường hợp đáy kết cấu nhịp không cùng cao
độ thì:
• Có thể cấu tạo đá kê chênh
lệch chiều cao, hoặc
• Nếu chiều cao chênh lệch
lớn có thể cấu tạo hốc chìm
trong mũ trụ
69

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
– Trường hợp khi kết cấu nhịp kê trực tiếp lên mũ trụ (không cấu
tạo đá tảng) thì tại vị trí kê dầm bề mặt mũ trụ phải bằng
phẳng và phải bố trí các lưới cốt thép chịu lực cục bộ.
– Mặt trên mũ trụ cấu tạo độ dốc thoát nước không nhỏ hơn

1:10 và bề mặt được láng vữa xi măng.
– Nếu mũ trụ không làm việc chịu uốn mà chỉ chịu ép mặt cục
bộ, khi đó chiều dày mũ trụ tối thiểu là 40‐50cm và phải bố trí
cốt thép chịu lực cục bộ.

70

4


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
– Trường hợp giảm kích thước thân trụ, mũ trụ có thể được:
• cấu tạo dạng công xôn (ví dụ trụ thân hẹp)
• cấu tạo như một dầm chịu uốn (ví dụ trụ cột)
=> Khi đó mũ trụ phải bố trí cốt thép chịu lực trên cơ sở tính
toán theo sơ đồ làm việc. Tiết diện được cấu tạo phải đảm
bảo điều kiện chịu lực và yêu cầu về cấu tạo.

71

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
– Chiều rộng tối thiểu của mũ trụ theo phương dọc cầu.
at  a p
A  m  nt  n p 
 tt  t p  Ct  C p
2
Trong đó:
• m = khoảng cách tĩnh giữa 2

đầu dầm các nhịp kề nhau
• nt, np = khoảng cách từ tim gối
đến đầu dầm
• at, ap = chiều dài gối (phương dọc cầu)
• tt, tp = khoảng cách từ mép gối tới
5.145
mép đá tảng lấy khoảng 15‐20cm
QT79
• Ct, Cp = khoảng cách theo phương dọc
cầu từ mép đá tảng tới mép mũ trụ; ≥15cm với nhịp từ 15‐30m;
5.146
≥25cm với nhịp từ 30‐100m; và ≥35cm với nhịp lớn hơn 100m.        
QT79
72

5


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
– Chiều rộng tối thiểu của mũ trụ theo
phương ngang cầu.
Mũ trụ có

B  Bmax  bp  2t p  A

đầu tròn

B  Bmax  bp  2t p  2bo

Trong đó:
• Bmax = khoảng cách giữa tim 2 đá tảng
ngoài cùng
• bp = kích thước gối theo phương ngang cầu
• tp = khoảng cách từ mép gối tới mép đá tảng
• A = chiều rộng mũ theo phương dọc cầu
• bo = khoảng cách theo phương ngang cầu, từ
đá tảng tới mép mũ trụ chữ nhật; ≥30cm 
5.146
với gối bản thép; ≥50cm với gối con lăn.
QT79
73

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)

a)

• 3.1.2. Thân trụ

b)

– Có nhiệm vụ phân bố áp lực xuống
c)
móng đồng thời chịu các lực nằm
ngang theo phương dọc và ngang cầu
d)
– Thân trụ có thể được xây bằng đá, 
bằng bê tông và BTCT (tiết diện đặc
e)
hoặc rỗng).

– Mặt cắt ngang thân trụ của cầu vượt
sông cần phải đảm bảo:
r
• Ít cản trở dòng chảy
• Tránh tạo thành các dòng xoáy gần
trụ và giảm mức độ xói lở đáy sông
• Chịu được va chạm của vật trôi, tàu bè…

r=B/2

r

r

r

r

r

f)

74

6


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)

a)

b)

• Hình a: Là dạng mặt cắt chữ nhật dễ thi công
áp dụng cho cầu cạn, cầu vượt; và cũng có
thể áp dụng cho phần thân trụ nằm trên
MNCN của trụ nằm trong phạm vi lòng sông.

c)

r=B/2

r

d)

r

• Hình b, c: Sử dụng cho trụ dưới sông
để giúp cải thiện chế độ dòng chảy

r

e)

r

r

f)

• Hình d, e: Sử dụng cho cầu bắc qua sông,
suối ở vùng núi, nơi mà dòng chảy có lưu
tốc lớn.

r

75

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• Với trụ nặng: thân trụ làm bằng bê tông toàn khối hoặc xây đá
=> có kích thước lớn và tốn vật liệu

76

7


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• Để giảm khối lượng vật liệu có thể sử dụng trụ thân hẹp; hoặc
phần thân trụ phía trên MNCN được cấu tạo dạng cột BTCT. 

77

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• Loại thân trụ bằng cột BTCT thường áp dụng cho cầu cạn, cầu

vượt có nhịp trung bình hoặc bắc qua sông có ít cây trôi và
thông thương nhỏ

78

8


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
Trụ cột

79

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• Khi cầu có nhiều nhịp, chiều dài nhịp nhỏ và chiều cao cầu
không lớn có thể sử dụng trụ dẻo (thân trụ có độ cứng nhỏ).

Liªn biªn

Liªn gi÷a

1. Trụ bờ; 2. Trụ phân cách các liên; 3. Trụ neo.
80

9


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• Trong cầu khung, trụ được liên kết cứng với kết cấu nhịp và cùng nhau
tham gia chịu lực như một kết cấu thống nhất => thân trụ chịu mô men 
uốn rất lớn và do đó có cấu tạo phức tạp hơn (bố trí nhiều cốt thép).

81

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• Với cầu dẫn, cầu vượt đường hoặc cầu nút giao trong thành
phố, do yêu cầu mỹ quan hoặc yêu cầu cần có không gian dưới
cầu, thân trụ có thể cấu tạo với dáng vẻ đặc biệt.

82

10


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• 3.1.3. Bệ trụ
– Có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ xuống nền đất qua 
kết cấu móng.
• Nếu bệ trụ kê trên nền thiên nhiên thì bệ trụ
kiêm luôn vai trò của móng

– Bệ trụ có thể được làm bằng đá xây, 
bằng bê tông, hoặc bê tông cốt thép.
– Khác với bệ mố, bệ trụ có thể không nằm

sâu trong đất hoặc hoàn toàn không chôn
trong đất.
• Trong nhiều trường hợp với móng cọc, nếu
đưa bệ trụ lên cao thì việc thi công sẽ đỡ khó
khăn, đỡ phức tạp hơn.
83

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
– Với trụ nằm ở trong nước, cao độ đỉnh bệ trụ có thể cao hơn
hoặc thấp hơn MNTN. Tuy nhiên, nên để thấp hơn MNTN từ
0.3 – 0.5m để đảm bảo mỹ quan.

– Trên mặt bằng, kích thước bệ trụ phụ thuộc vào:
• Kích thước bệ trụ (nên lớn hơn thân trụ mỗi phía ít nhất
một khoảng 0.4‐0.5m)
84

11


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• Với móng cọc, kích thước bệ
trụ cần đủ lớn để bố trí cọc. 
– Khoảng cách tim các cọc ≥ 3D
– Khoảng cách tim cọc biên đến
mép đài cọc ≥ D

• Với móng giếng chìm, kích

thước bệ móng nên lấy lớn
hơn kích thước thân trụ khoảng
1m để có thể khắc phục sai
lệch khi hạ giếng.
85

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• 3.1.4. Kết cấu chống va xô bảo vệ trụ
– Trên những sông có dòng nước chảy xiết hoặc có khả năng va
đập của tàu bè, cây trôi, có thể câu tạo bộ phận chống va xô
để bảo vệ cho trụ.

86

12


8/20/2013

Các bộ phận của trụ cầu (t.theo)
• 3.1.5. Cao độ đỉnh mũ trụ
(Hình dạng trụ và các kích thước cơ bản của trụ phụ thuộc vào
các yếu tố như: Điều kiện thủy văn; Điều kiện địa chất; Chiều cao
cầu; Chiều dài nhịp; Bề rộng cầu; Loại kết cấu nhịp …)
– Cao độ đỉnh mũ trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu 0.25m để
đảm bảo gối cầu khô ráo trong mùa lũ
– Cao độ đỉnh mũ trụ còn phải đảm bảo cho cao độ đáy dầm cao
hơn MNCN tối thiểu
• 1m trong trường hợp sông có cây trôi vật trôi và tối thiểu
• 0.5m trong trường hợp không có cây trôi vật trôi.

– Đối với trụ của nhịp thông thuyền, cao độ đỉnh trụ còn phải
đảm bảo đáy dầm không lọt vào phạm vi kích thước khổ thông
thuyền.
87

3.2. Cấu tạo trụ toàn khối
• Đặc điểm của trụ toàn khối
– Trụ bằng BTCT đổ tại chỗ
– Cấu tạo và thi công tương đối đơn giản
– Thời gian thi công kéo dài và bị ảnh hưởng của thời tiết

• Các dạng thân trụ toàn khối hay gặp
– Trụ thân đặc (trụ nặng toàn khối)
– Trụ thân hẹp
– Trụ thân cột

88

13


8/20/2013

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)
• 3.2.1. Trụ thân đặc

– Trên mặt bằng kích thước mũ trụ thường lấy lớn hơn thân trụ
mỗi bên từ 10‐15cm, tạo thành gờ giọt nước hoặc độ dốc âm
để nước từ mũ trụ chảy rót thẳng xuống bên dưới.

89

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)

– Do thân trụ đặc nên mũ trụ không bị uốn mà chỉ chịu ép cục
bộ dưới tác dụng của áp lược truyền từ kết cấu nhịp
– Chiều dày mũ trụ tối thiểu là 40‐50cm. Đá kê được bố trí các
lưới cốt thép chịu lực cục bộ bằng các thanh có đường kính 8‐
10mm, mắt lưới từ 5‐10cm và khoảng cách các lưới 8‐10cm. 
– Mũ trụ có cốt thép cấu tạo: D=10‐14mm@15‐20cm
90

14


8/20/2013

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)
– Thân trụ phổ biến bằng bê tông, cũng có thể xây đá nếu điều
kiện khai thác và cung ứng tiện lợi
– Với trụ xây đá, lớp ngoài cùng phải có khả năng chống phong
hóa tốt, đảm bảo hình dạng nên cần gia công thô mặt ngoài.
– Nếu thân trụ bằng bê tông thì phải cấu tạo cốt thép chống co 
ngót, chống lực va đập do vật trôi hoặc tàu bè. 
• Cốt thép cấu tạo có đường kính từ 10‐14mm được bố trí dưới
dạng lưới ở bề mặt thân trụ với bước lưới nằm trong khoảng từ
10‐20cm

– Thông thường bề mặt thân trụ có độ nghiêng so với phương
thẳng đứng trong khoảng từ 40:1 đến 20:1

• Khi chiều cao trụ nhỏ hơn 10‐12m có thể làm thẳng đứng, tiết
diện không đổi để tiện lợi cho thi công.
91

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)
• 3.2.2. Trụ thân hẹp
– Để giảm khối lượng vật liệu, có thể giảm kích thước thân trụ
trên phương ngang cầu, khi đó mũ trụ có dạng mút thừa và trụ
được gọi là trụ thân hẹp.
– Chiều dài phần hẫng của mũ trụ có thể từ 1.5‐3m hoặc có thể
lớn hơn. Phần hẫng này chịu uốn và cắt nên phải bố trí cốt
thép chịu lực.
– So với trụ nặng, trụ thân hẹp có thể giảm được 40‐50% khối
lượng vật liệu thân và bệ trụ.
– Ngoài ra, trụ thân hẹp có dáng vẻ thanh mảnh, mỹ quan hơn
so với trụ năng, tuy nhiên, lượng bê tông và cốt thép của mũ
trụ lại nhiều hơn.
92

15


8/20/2013

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)

Trụ thân hẹp (BTCT toàn khối)

93

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)

Kích thước cơ bản của trụ thân hẹp (BTCT toàn khối)
94

16


8/20/2013

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)

Bố trí cốt thép trong trụ thân hẹp
95

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)

Ví dụ về bố trí cốt đai trong thân trụ
96

17


8/20/2013

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)

Ví dụ về bố trí cốt đai trong thân trụ
97

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)
• 3.2.3. Trụ cột
– Trụ cột là loại có kết cấu thanh mảnh, tiết kiệm vật liệu nên
được sử dụng rộng rãi nhất là với cầu trong thành phố.
– Thân trụ gồm các cột bê tông cốt thép tiết diện hình tròn hoặc
chữ nhật đặc, đôi khi cũng cấu tạo tiết diện cột rỗng
– Đường kính thân cột từ 0.8‐2m hoặc lớn hơn nữa
– Thường gặp nhất là loại trụ có 2 cột. Khi cầu rộng, số lượng cột
có thể tăng lên để tránh cho mũ mố chịu uốn quá lớn. Khoảng
cách giữa các cột thường từ 4‐6m và cần bố trí hợp lý với vị trí
đặt gối cầu trên xà mũ.
– Với cầu vượt thường sử dụng loại trụ chỉ có 1 cột nhằm tiết
kiệm không gian đường dưới cầu.
98

18


8/20/2013

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)

(a). Trụ BTCT  toàn khối có hai cột; 
(b). và (c). Trụ BTCT toàn khối có một cột.
a)

b)

c)

99

Cấu tạo trụ toàn khối (t.theo)
• 3.2.4. Trụ hỗn hợp

– Phần trên MNCN: thân trụ dạng cột BTCT
– Phần dưới: thân trụ đặc để chịu lực xô va của tàu thuyền
100

19


8/20/2013

3.3. Cấu tạo trụ lắp ghép
I-I

II - II

III - III

TRỤ NẶNG LẮP GHÉP (phân khối theo chiều ngang và dọc, các khối đặt so le)
1. Mối nối thẳng đứng; 2. Mối hàn cốt thép; 3. Mối nối giữa các khối mũ trụ; 
4. Mối nối thân với mũ trụ; 5. Cốt thép chờ theo phương ngang.
101

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)
a)

b)

(I-I)

Trụ BT lắp ghép phân khối ngang.
a). Trụ dưới nước và b). Trụ trên cạn
102

20


8/20/2013

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)

Trụ BTCT lắp ghép phân khối ngang.
1. Bê tông đổ tại chỗ; 2. Cát; 3. Khung cốt thép; 4. Cọc ống.
103

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)

Trụ BTCT lắp ghép phân khối dọc.
1. Mũ trụ đổ tại chỗ; 2. Thanh bu lông; 3. Khối đế; 4. Móng; 5. Cát.
104

21


8/20/2013

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)

4

Trụ BTCT lắp ghép phân khối ngang.
1. Bệ móng đổ tại chỗ; 2. Thân trụ đúc sẵn; 
3. Mũ trụ đúc sẵn; 4. Kết cấu nhịp; 5. Các
thanh thép cường độ cao có tiện ren ở đầu.

3

5
2

1

105

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)

Lắp ghép mũ trụ đúc sẵn
106

22


8/20/2013

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)

§Ønh mãng
Trụ cột lắp ghép

1. Cát; 2. Bê tông đổ tại chỗ.
107

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)
I-I

Trụ cột lắp ghép
1. Xà mũ BTCT đúc tại chỗ; 2. Cọc ống; 3. Mặt bích nối cọc; 
4. Phần mở rộng mũi cọc; 5. Bê tông độn ruột.
108

23


8/20/2013

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)

Trụ cột lắp ghép
(Trụ cầu trong sân bay DWF – USA)

109

Cấu tạo trụ lắp ghép (t.theo)

Trụ hỗn hợp: Thân trụ bằng BTCT đổ tại chỗ, mũ trụ bằng thép.
110

24

8/20/2013

3.4. Cấu tạo trụ bán lắp ghép
TRỤ NẶNG 
BÁN LẮP GHÉP

1. Mũ trụ
đổ tại chỗ;
2. Đốt vỏ
lắp ghép;
3. Bê tông
thân trụ đổ
tại chỗ; 
4. Móng; 
5. Thanh
chống BTCT.
111

Cấu tạo trụ bán lắp ghép (t.theo)
• Cấu tạo
– Phần lắp ghép gồm các đốt vỏ mỏng BTCT có chu vi kín. 
– Chiều cao các đốt bằng 1.5m; chiều dày thành 10cm và bố trí
các lưới cốt thép đường kính 6‐8mm => các đốt vỏ chỉ có tác
dụng như ván khuôn.
– Để tăng độ cứng khi vận chuyển và lắp đặt, bên trong các đốt
vỏ cấu tạo các thanh chống tạm bằng BTCT ở giữa có bu lông
để ép chặt với thành đốt vỏ.
– Mũ trụ bằng BTCT đúc tại chỗ.
112

25