Bài giảng thiết kế cầu BTCT theo tiêu chuẩn mới TCVN 118232017

Chương 1 – Giới thiệu chung

BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - KHOA XÂY DỰNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BÀI GIẢNG
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

THIẾT KẾ THEO TCVN 11823-2017

Đặng Huy Khánh
Bộ môn cầu đường _ VUNI
Vinh, 2018


MỤC LỤC

CHƯƠNG I......................................................................................................................1
GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................................1
1.1. Định nghĩa công trình cầu: ...................................................................................1
1.2. Các bộ phận của công trình cầu:...........................................................................1
1.3. Phân loại công trình cầu: ......................................................................................4
1.3.1. Phân loại theo vật liệu: ..................................................................................4
1.3.2. Phân loại theo tải trọng sử dụng: ...................................................................5
1.3.3.Phân loại theo sơ đồ kết cấu: ..........................................................................5
1.4. Lịch sử và phương hướng phát triển: .................................................................12
1.4.1. Sơ lược lịch sử phát triển cầu BTCT: ..........................................................12
1.4.2. Sơ lược lịch sử phát triển cầu ở Việt Nam: .................................................14
1.4.3. Phương hướng phát triển: ............................................................................15
1.5. Quan điểm và tiêu chuẩn thiết kế cầu:................................................................15
1.5.1. Tiêu chuẩn thiết kế: .....................................................................................15
1.5.2. Quan điểm, triết lý thiết kế: .........................................................................16

1.5.3. Các trạng thái giới hạn: ...............................................................................16
1.6. Ví dụ về thiết kế một phương án cầu: ................................................................17
CHƯƠNG 2 ...................................................................................................................19
VẬT LIỆU TRONG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP ......................................................19
2.1. Khái niệm chung bê tông cốt thép: .....................................................................19
2.2. Bê tông:...............................................................................................................19
2.2.1. Yêu cầu chung về bê tông: ..........................................................................19
2.2.2. Bê tông chất lượng cao: ...............................................................................20
2.2.3. Cường độ và đặc trưng cơ lý của bê tông:...................................................22
2.3. Cốt thép: .............................................................................................................26
2.3.1. Yêu cầu chung: ............................................................................................26
2.3.2. Cốt thép thường: ..........................................................................................27
2.3.3. Cốt thép dự ứng lực: ....................................................................................28
2.4. Phân bố ứng suất trong tiết diện bê tông cốt thép: .............................................28
CHƯƠNG 3 ...................................................................................................................31
TẢI TRỌNG, TỔ HỢP TẢI TRỌNG ...........................................................................31
3.1. Khái niệm chung: ...............................................................................................31
3.2. Tải trọng: ............................................................................................................32
3.3. Hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng: .....................................................................42


3.3.1. Tổng quan: ...................................................................................................42
3.3.2. Hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng: ..............................................................43
3.3.3. Hệ số tải trọng dùng trong thi công: ............................................................45
3.3.4. Các phương pháp phân tích kết cấu được chấp nhận: .................................45
CHƯƠNG 4 ...................................................................................................................47
CẦU BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP ...............................................................................47
4.1. Đặc điểm cầu bản bê tông cốt thép:....................................................................47
4.2. Các sơ đồ thiết kế cầu bản: .................................................................................47
4.2.1. Cầu bản mố nặng: ........................................................................................47

4.2.2. Cầu bản mố nhẹ: ..........................................................................................48
4.2.3. Cầu bản dạng mút thừa: ...............................................................................49
4.2.4. Cầu dầm bản liên tục: ..................................................................................49
4.3. Cấu tạo cầu bản bê tông cốt thép: .......................................................................49
4.3.1. Cấu tạo cầu bản đúc tại chỗ: ........................................................................49
4.3.2. Cấu tạo cầu bản lắp ghép và bán lắp ghép: .................................................52
4.4. Nguyên lý tính toán kết cấu nhịp cầu bản: .........................................................56
4.4.1. Chiều cao bản: .............................................................................................56
4.4.2. Chiều rộng làm việc của cầu bản: (Mục 6.2.3, phần 4)..............................56
4.4.3. Nguyên tắc xác định nội lực trong bản mặt cầu toàn khối: .........................58
CHƯƠNG 5 ...................................................................................................................60
NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ...................................60
5.1. Khái niệm về cầu dầm BTCT: ............................................................................60
5.2. Cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép đổ tại chỗ: .....................................................61
5.2.1. Tổng thể: ......................................................................................................61
5.2.2. Bản mặt cầu: ................................................................................................62
5.2.3. Dầm chủ: .....................................................................................................62
5.2.4. Dầm ngang: .................................................................................................62
5.2.5. Dầm dọc phụ: ..............................................................................................62
5.3. Cấu tạo dầm bê tông cốt thép lắp ghép: .............................................................63
5.3.1. Tổng thể: ......................................................................................................63
5.3.2. Một số loại mặt cắt ngang phổ biến hiện nay: .............................................63
5.3.3. Nguyên tắc phân khối: .................................................................................64
5.3.4. Các phương pháp phân khối: .......................................................................65
5.3.5. Cấu tạo mối nối: ..........................................................................................66


5.3.6. Các kích thước cơ bản: ................................................................................67
5.3.7. Bố trí cốt thép (mục 10, phần 5, TCVN11823-2017): ................................69
5.4. Cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép bán lắp ghép: ................................................74

5.5. Cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép ứng suất trước: .............................................75
5.5.1. Nguyên lý cấu tạo: .......................................................................................75
5.5.2. Mặt cắt điển hình: ........................................................................................75
5.5.3. Bố trí cốt thép ứng suất trước: .....................................................................80
5.5.4. Cốt thép thường trong dầm bê tông cốt thép ứng suất trước:......................82
5.5.5. Các hệ thống bố trí cốt thép ứng suất trước trong dầm giản đơn: ...............83
5.5.6. Cấu tạo neo - kích - cốt thép cường độ cao: ................................................85
5.6. Bản liên tục nhiệt: ...............................................................................................87
5.6.1. Cấu tạo sơ đồ kết cấu nhịp liên tục nhiệt: ...................................................87
5.6.2. Kết cấu bản nối liên tục nhiệt: .....................................................................89
5.7. Kết cấu nhịp bán liên tục: ...................................................................................90
CHƯƠNG 6 ...................................................................................................................94
THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ...................................94
6.1. Khái niệm chung: ...............................................................................................94
6.2. Tính toán thiết kế bản mặt cầu bê tông cốt thép:................................................95
6.2.1. Xác định kích thước bản mặt cầu: ...............................................................95
6.2.2. Tính toán nội lực bản mặt cầu: ....................................................................96
6.3. Tính hệ số phân phối ngang: ............................................................................108
6.3.1. Khái niệm về hệ số phân phối ngang tải trọng: .........................................108
6.3.2. Tính hệ số phân phối ngang theo nguyên lý đòn bẩy: ...............................109
6.3.3. Tính hệ số phân phối ngang theo phương pháp nén lệch tâm: ..................110
6.3.4. Tính hệ số phân phối ngang theo phương pháp dầm liên tục trên gối đàn
hồi: .......................................................................................................................112
6.3.5. Tính hệ số phân phối ngang theo tiêu chuẩn: ............................................112
6.4. Tính nội lực dầm chủ:.......................................................................................115
6.4.1. Khái niệm: .................................................................................................115
6.4.2. Trình tự tính toán nội lực trong dầm chủ: .................................................115
6.5. Tính toán dầm bê tông cốt thép ứng suất trước: ...............................................120
6.5.1. Xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm: ..............................................120
6.5.2. Thiết kế tiết diện dầm bê tông cốt thép dự ứng lực: ..................................124

6.5.3. Kiểm toán dầm theo các trạng thái giới hạn: .............................................132
CHƯƠNG 7 .................................................................................................................145


CẦU DẦM THI CÔNG PHÂN ĐOẠN VÀ CẦU VÒM BTCT ................................145
7.1. Cầu dầm thi công phân đoạn: ...........................................................................145
7.1.1. Khái niệm chung: ......................................................................................145
7.1.2. Một số biện pháp thi công cầu dầm phân đoạn phổ biến: .........................145
7.1.3. Các kích thước cơ bản ...............................................................................146
7.2. Cầu vòm bê tông cốt thép: ................................................................................147
7.2.1. Các sơ đồ cầu vòm bê tông cốt thép: .........................................................147
7.2.2. Các dạng cấu tạo cầu vòm bê tông cốt thép: .............................................148
7.2.3. Cấu tạo mố trụ cầu vòm: ...........................................................................150
PHỤ LỤC ....................................................................................................................153
ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG PHẢN LỰC VÀ NỘI LỰC DẦM LIÊN TỤC ..................153


Chương 1 – Giới thiệu chung

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG

* Mục tiêu:
- Nhớ được khái niệm cơ bản về công trình cầu, phân biệt được với các dạng kết cấu công
trình bê tông cốt thép khác.
- Phân biệt được các loại cầu bê tông cốt thép, cấu tạo và cách phân loại kết cấu công
trình cầu bê tông cốt thép.
- Hiểu biết về lịch sự phát triển công nghệ cầu, các mục tiêu nhiệm vụ trong tương lai.
* Nội dung:
1.1. Định nghĩa công trình cầu:

- Theo định nghĩa trước đây, cầu được hiểu là công trình vượt qua các chướng ngại vật.
chướng ngại vật có thể là: eo biển, sông, suối, khe núi, thung lũng, nhà máy, chợ, vượt đường
hoặc đi dọc trên đường khác, … Mục đích chính yếu của công trình cầu là phục vụ sự qua

lại của các phương tiện giao thông. Ngoài ra, có loại cầu còn được dùng vào mục đích
khác như dẫn nước, dầu, khí, …
- Theo định nghĩa của 22TCN272-05 và mới đây nhất là TCVN11823-2017, Cầu
được hiểu là một kết cấu bất kỳ vượt khẩu độ không dưới 6,1m tạo thành một phần của
một con đường.
1.2. Các bộ phận của công trình cầu:

Cầu là công trình nhân tạo để nối liền đường, vượt qua các chướng ngại mà tuyến
đường không vòng tránh được. Các bộ phận chính của công trình cầu gồm có: Kết cấu
nhịp và mố trụ, giữa kết cấu nhịp và mố trụ là gối cầu (hình 1.1) ngoài các bộ phận trên
còn có một số công trình phụ khác nữa như: đường đầu cầu, phần tứ nón, công trình
điều chỉnh dòng sông, thiết bị chiếu sáng, chống sét, v.v... mà tuỳ theo từng công trình
có bố trí hay không.
L

10m

li

10m

li

li

MNCN

MNTT
MNTN

Hình 1.1 – Sơ đồ cầu BTCT
1- Móng; 2- Bệ móng; 3- Mố; 4- Trụ; 5- Gối; 6- Kết cấu nhịp
1.2.1. Các bộ phận chính của công trình cầu và chức năng:
- Kết cấu phần dưới: Gồm có móng (1), bệ móng (2), thân mố (3), thân trụ (4) như trên
hình 1.1; Đây là bộ phận liên kết công trình với nền đất, có chức năng đảm bảo cho công trình
cầu ổn định, vững chắc trong quá trình khai thác.

Đặng Huy Khánh_VUNI

1


Chương 1 – Giới thiệu chung

- Kết cấu phần trên: Gồm có hệ dầm chủ (6), các bộ phận tiện ích khác như bản mặt cầu,
lớp phủ mặt cầu, lan can, khe con giãn, chiếu sáng, .... Đây là bộ phận phục vụ mục tiêu khai
thác của công trình, có chức năng mang tải trọng khai thác để truyền xuống kết cấu phần dưới.
- Gối cầu: Bộ phận liên kết giữa kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới, điểm truyền lực
và chuyển đổi tải trọng cùng với các tác động khác. Có nhiều loại gối cầu, tùy nhu cầu khai
thác công trình và loại công trình cầu để sử dụng loại gối cầu phù hợp công trình đó.
- Đường hai đầu cầu: 10m nền đường hai đầu cầu thuộc phạm vi công trình cầu, là bộ
phận chuyển tiếp giữa kết cấu cứng và mềm nhằm chuyển tiếp các tải trọng khai thác từ đường
vào cầu một cách êm thuận. Tứ nón được sử dụng để bảo vệ nền đường đầu cầu.
1.2.2. Các kích thước cơ bản:
Li
Ld
Hkt

Htt

H

Ltt

MNCN

Lo

MNTT

MNTN

Hình 1.2- Các kích thước cơ bản
- Trên hình 1.1 ta có L là tổng chiều dài công trình cầu, kích thước này được tính từ đuôi
tường cánh mố bên này sang mố bên kia cầu. 10m đường đầu cầu được tính từ đuôi tường cánh
mỗi mố về phía đường dẫn hai đầu cầu 10m được tính khối lượng của công trình cầu.
- Trên hình 1.2 là các kích thước cơ bản của một công trình cầu gồm:
 Li là chiều dài nhịp cầu thứ i được tính từ tim trụ cầu này đến tim trụ cầu kế tiếp
hoặc từ mép ngoài tường đỉnh mố cầu đến tim trụ cầu, được sử dụng để thiết kế
tổng chiều dài công trình cầu.
 Ld là chiều dài cơ sở của dầm, được tính từ mép đầu dầm cầu đến mép cuối dầm,
được sử dụng để chế tạo phiến dầm.
 Ltt là chiều dài tính toán, được tính từ tim gối cầu trên trụ cầu này đến trụ cầu kia,
đây là kích thước đặc trưng phục vụ tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu.
 L0 là khẩu độ thoát nước, được tính từ mép ngoài trụ hoặc than mố cầu đến mép
than trụ đối diện. Nếu cầu có nhiều nhịp thì L0 = ∑L0i với i = 1,2,..n số nhịp cầu,
Khẩu độ thoát nước được sử dụng để tính toán thiết kế tổng chiều dài cầu và số

lượng nhịp cầu đảm bảo không xâm phạm khẩu độ thoát nước quy định.
 H là chiều cao thông thủy, được tính từ mực nước cao nhất đến đáy dầm cầu, chiều
cao này tối thiểu cho phép là 0,5m nhằm đảm bảo đủ khoảng không cho cây hoặc
các vật thể trôi trên song mù nước lũ giảm tác động bất lợi đến công trình cầu.

Đặng Huy Khánh_VUNI

2


Chương 1 – Giới thiệu chung

 Hkt là chiều cao kiến trúc, được tính từ đáy dầm đến mặt đường xe chạy, được sử
dụng để thiết kế kiến trúc chung của công trình.
 Htt là chiều cao mực nước thông thuyền, là chiều cao tính từ mặt nước thông
thuyền đến cao độ đáy dầm cầu, đảm bảo đủ khoảng không theo quy định thông
thuyền cho từng loại cấp sông, được sử dụng kết hợp với H để thiết kế tổng thể
chiều cao công trình. Theo quy định tại TCVN 11823-2017, khổ thông thuyền
được quy định như bảng sau:
Bảng 1.1-Khổ giới hạn thông thuyền trên các sông có thông thuyền

- Mực nước:
 Mực nước cao nhất (MNCN): là mực nước lũ được xác định theo lịch sử lũ trên
dòng sông nơi đặt công trình cầu theo tần suất thiết kế P1% hoặc P2%. Mực nước
này được sử dụng để thiết kế chiều cao tổng thể công trình cầu đảm bảo an toàn
tối thiểu.
 Mực nước thông thuyền (MNTT): là mực nước được xác định trung bình hàng
năm theo số liệu đo đạc của trung tâm khí tượng thủy văn tại địa phương với tần
suất thiết kế trung bình P5%. Mực nước này được sử dụng để thiết kế chiều cao
tối thiểu công trình cầu đảm bảo cho các phương tiện đường thủy đi lại thuận tiện

theo đúng quy định của cấp sông.
 Mực nước thấp nhất (MNTN): là mực nước thấp nhất được xác định trung bình
hàng năm theo số liệu thống kê của địa phương với tần suất P1% hoặc P2%, được
sử dụng để tính toán xói lở và xác định sơ bộ thời điểm thi công phù hợp.

Đặng Huy Khánh_VUNI

3


Chương 1 – Giới thiệu chung

- Chiều rộng và khổ cầu:
Blc

Bng

B

Bng

Blc

Hình 1.3- Mặt cắt ngang cầu
 Chiều rộng cầu (có nơi gọi là khổ cầu) là toàn bộ chiều rộng công trình cầu được
tính từ mép lan can bên này đến mép lan can bên kia cầu.
Bcầu = B + 2xBng + 2xBlc, trong đó:
B là chiều rộng làn xe chạy, bao gồm cả giải phân cách làn nếu có.
Bng là chiều rộng phần lề người đi bộ
Blc là chiều rộng chân lan can cầu

 Khổ giới hạn cầu đường bộ:
Khổ giới hạn đứng: là khoảng không gian theo phương đứng đảm bảo cho các
phương tiện lưu thông trên hoặc dưới cầu đủ không gian di chuyển theo quy định tối thiểu
tại điều 4.10.2 trong TCVN 4054-2005. Đối với cầu cấp I, II, và III khổ giới hạn đứng tối
thiểu là 4,75m và các cấp còn lại là 4,5m.
Khổ giới hạn ngang: Chiều rộng cầu không được nhỏ hơn chiều rộng của đoạn
đường đầu cầu bao gồm cả lề hoặc bó vỉa, rãnh nước và đường người đi. Đảm bảo đủ
không gian an toàn cho các phương tiện lưu thông và bảo vệ kết cấu cầu theo quy định
tại điều 3.2.2 trong TCVN 11823-2017, các vật thể như rào chắn hay kết cấu khác phải
đặt cách mép làn xe tối thiểu là 600mm.
- Các loại cao độ cầu:
Cao độ được hiểu là vị trí của kết cấu công trình xét về mặt độ cao so với mực nước thủy
chuẩn (cao động thủy chuẩn 0m được tính tại mốc Hòn Dấu), trong công trình cầu cần ghi rõ
các loại cao độ sau:
 Cao độ đáy dầm
 Cao độ mặt đường xe chạy.
 Cao độ đỉnh xà mũ và đáy trụ.
 Cao độ đáy bệ móng và đáy móng.
1.3. Phân loại công trình cầu:
1.3.1. Phân loại theo vật liệu:
- Cầu gỗ: Loại công trình cầu được thiết kế thi công toàn bộ bằng gỗ hoặc có có kết cấu
nhịp bằng vật liệu gỗ. Loại cầu này nhẹ, đẹp song chỉ phục vụ tải trọng nhỏ như người đi bộ,

Đặng Huy Khánh_VUNI

4


Chương 1 – Giới thiệu chung

nhịp cầu nhỏ, độ bền không cao, tốn chi phí duy tu bảo dưỡng. Ở Việt Nam có các cầu điển
hình như cầu Thê Húc (Nà Nội), cầu Chùa (Quảng Nam), …
- Cầu đá: Loại công trình cầu được thiết kế xây dựng hoàn toàn bằng đá ghép nguyên
khối, loại cầu này có trọng lượng lớn, đồ sộ, vượt nhịp nhỏ. Loại cầu này thường xuất hiện từ
xa xưa đến nay đã bị thảo dỡ thay thế hoặc làm kỷ niệm chứ không còn phổ biến trong giao
thông nữa.
- Cầu thép: Loại công tình cầu được thiết kế xây dựng hoàn toàn bằng thép hoặc có kết
cấu nhịp cầu làm bằng thép. Đây là loại công trình rất phát triển ở những thế kỷ 15-17. Nhiều
công trình cầu bằng thép đã được xây dựng và có khả năng vượt nhịp rất đáng kể, ngay nay kết
hợp với dây treo đã cho ra đời những công trình cầu lớn, kỷ lục thế giới. Tuy nhiên, nhược điểm
lớn của loại cầu này là chi phí đắt đỏ, tốn kém vật liệu và chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm
tốn kém.
- Cầu bê tông, bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực: Loại công trình cầu được
thiết kế và xây dựng bằng vật liệu bê tông, bê tông cốt thép có hoặc không có dự ứng lực. Đây
là loại công trình đang phát triển rất mạnh mẽ từ thế kỷ 18 đến nay mà chưa có vật liệu tối ưu
nào thay thế được. Cầu có độ bền theo thời gian, không tốn chi phí duy tuy bảo dưỡng nhưng
kết cấu đồ sộ thiếu mỹ quan, trọng lượng nặng nên khả năng vượt nhịp chưa lớn.
1.3.2. Phân loại theo tải trọng sử dụng:
- Cầu cho người đi bộ: Cầu được thiết kế thi công chỉ để phục vụ cho người đi bộ, rất phổ
biến trong các thành phố lớn, làm kết cấu kết nối giữa các tòa nhà, công trình nhà ga, …
- Cầu đường ô tô: Cầu được thiết kế xây dựng phục vụ giao thông các phương tiện trên
tuyến đường bộ, đây là loại công trình cầu phổ biến nhất và được xây dựng nhiều nhất hiện nay.
- Cầu đường sắt: Cầu được thiết kế xây dựng chỉ để phục vụ giao thông đường sắt, các
tuyến tàu hỏa đi qua các địa hình khó khan và không kết nối với tuyến đường bộ nào.
- Cầu đi chung: Cầu được thiết kế xây dựng để phục vụ các loại phương tiện giao thông
kể cả đường sắt, đường bộ, người đi bộ như cầu Long Biên ở Hà Nội, cầu Hàm Rồng ở Thanh
Hóa, …
- Cầu đặc biệt: Cầu được thiết kế xây dựng vì mục đích đặc biệt, như để phục vụ giải trí,
lưu giữ kỷ niệm, phụ vụ quân sự, chiến tranh, cầu phao, cầu cất, …
1.3.3.Phân loại theo sơ đồ kết cấu:

a. Hệ thống cấu dầm:
- Đặc điểm: dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tại các gối tựa chỉ phát sinh ra thành
phần lực thẳng đứng.
- Các loại cầu dầm:
 Dầm đơn giản:

 Dầm mút thừa:

 Dầm liên tục:
Đặng Huy Khánh_VUNI

5


Chương 1 – Giới thiệu chung

a1. Cầu dầm nhịp giản đơn:
 Biểu đồ mô men chỉ có một dấu (+)
 Bố trí cốt thép ở biên dưới chịu uốn là chính;
 Trên trụ, theo phương dọc có 2 gối cầu (phản lực gối là thẳng đứng) => khi áp lực
gối không bằng nhau trụ chịu nén lệch tâm;
 Chiều dài nhịp ≤ 42m, cá biệt lên đến 60‐70m;

Hình 1.4- Sơ đồ cầu dầm giản đơn
 Ưu điểm:
 Tính toán thiết kế đơn giản.
 Bố trí cốt thép đơn giản.
 Không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố lún mố, trụ.
 Dễ tiêu chuẩn hóa.
 Thi công đơn giản: đổ tải chỗ, lắp ghép, hoặc bán lắp ghép.

 Nhược điểm:
 Tốn vật liệu.
 Không vượt được nhịp lớn.
 Phạm vi áp dụng:
 Được sử dụng rộng rãi đặc biệt là với cầu nhiều nhịp.
 Kết cấu nhịp dạng dầm bản (dùng cho nhịp ngắn):
Dầm bản BTCT thường (nhịp ≤ 9m).
Dầm bản BTCT ứng suất trước (nhịp ≤ 18m).
 Kết cấu nhịp dạng dầm (dùng cho nhịp trung).
Dầm BTCT thường: nhịp từ 10‐22m cho cầu ô tô và nhịp từ 8‐16m cho
cầu đường sắt.
Dầm BTCT ứng suất trước: nhịp từ 15‐40m cho cầu ô tô và nhịp từ 16‐
33m cho cầu đường sắt.
 Dầm giản đơn tiết diện hộp BTCT ƯST (chế tạo ở Việt Nam nhịp 50m).
a2. Cầu dầm mút thừa:
 Cầu dầm mút thừa không có dầm đeo:
Đặng Huy Khánh_VUNI

6


Chương 1 – Giới thiệu chung

Hình 1.5 – Cầu đầm mút thừa không có dầm đeo
 Sơ đồ cầu không có mố, không dầm treo, phần mút thừa làm đối trọng
để giảm mô men dương ở nhịp giữa.
 Chiều dài nhịp chính: L2 = 10 ‐ 45m (BTCT ứng suất trước có L2 lớn hơn).
 Chiều dài của nhịp biên so với nhịp hẫng: L1 = (0,25 ‐ 0,4).L2
 Chiều cao dầm tại giữa nhịp: h = (1/12 ‐ 1/20).L2 và chiều cao dầm tại vị trí
trụ: H = (1‐2).h.

 Cầu dầm mút thừa có dầm đeo:

Hình 1.6 – Cầu dầm mút thừa có dầm đeo
 Với sơ đồ 3 nhịp: Lđ = (0,4 ‐ 0,6).L2; L1 = (0,6 ‐ 0,8).L2
 Với sơ đồ nhiều nhịp có dầm treo: Lđ = (0,5 ‐ 0,6).L2; L1 = (0,75 ‐ 0,8).L2.
 Chiều cao dầm tại giữa nhịp: BTCT thường h = (1/12 ‐ 1/20).L ÷ (1/20 ‐
1/30).L; BTCT ƯST có thể h = (1/50 ‐ 1/60).L
 Chiều cao dầm tại vị trí trụ: H = (1,5 ‐ 1,8).h
 Ưu điểm:
• So với kết cấu nhịp giản đơn cùng nhịp thì mô men ở giữa nhịp nhỏ vì
có mô men âm ở gối => vượt được nhịp lớn hơn (60‐100‐150m).
• Có thể điều chỉnh nội lực một cách hợp lý hơn.
• Hệ tĩnh định => không bị ảnh hưởng do lún mố trụ…
 Nhược điểm:
• Có cấu tạo khớp và mút thừa => đường đàn hồi gãy khúc => gây ra lực
xung kích => xe chạy không êm thuận.
• Thi công phức tạp hơn (cấu tạo ván khuôn, lao lắp).
 Phạm vi áp dụng: Nhịp từ 60‐100m (có thể lớn hơn nhưng do Lđ > 42m =>
không kinh tế).
a.3. Cầu dầm liên tục:
Đặng Huy Khánh_VUNI

7


Chương 1 – Giới thiệu chung

Theo một số kết quả nghiên cứu đã được công bố, dựa trên sự phân bố mômen uốn trong
kết cấu, đối với cầu dầm nhịp liên tục 3 nhịp chiều dài hợp lý các nhịp là L2 = (0,75-0,8)L1
(Jacques Mathivat) hoặc L2 = (0,8-0,9)L1 (Nazarenko). Đối với cầu 5 nhịp thì L3:L2:L1 =

0,65:0,9:1,0 (Nazarenko). Một số trường hợp cụ thể như sau:
 Loại nhịp biên có chiều cao không thay đổi

Hình 1.7 - Cầu dầm liên tục với chiều cao nhịp biên không đổi
 Sơ đồ nhịp hợp lý:
L2=0,75.L1=(L1+L3)/2; L3=2L2‐L1=0,5L1; L4=(0,62‐0,65)L3
• L1 – chiều dài nhịp chính (có thể nhiều nhịp chính);
• L2 – chiều dài nhịp chuyển tiếp;
• L3 – chiều dài nhịp có chiều cao không đổi;
• L4 – chiều dài nhịp sát mố.
 Loại nhịp biên có chiều cao thay đổi:

Hình 1.8 – Cầu dầm liên tục với chiều cao nhịp biện thay đổi
 Sơ đồ nhịp hợp lý: L2 = (0,65‐0,7)L1,
 Chiều cao trên trụ: H = (1/15‐1/20)L1; Tốt nhất nên chọn (1/17‐1/18)L1;
 Chiều cao dầm dầm tại giữa nhịp: h=(1/30‐1/40)L1 (theo Jacques Mathivat tỷ
số này có thể giảm đến 1/60L1); Tốt nhất nên chọn 1/36L1; Không được nhỏ
hơn 2m để đảm bảo thi công được dễ dàng và thuận tiện cho công tác duy tu
bảo dưỡng.
 Chiều cao dầm trên mố (1/22 – 1/33)L1, tốt nhất nên chọn 1/27L1 và ≥ 2m.
 Đối với tiết diện có chiều cao không đổi thi công bằng: Đúc đẩy H/L = (1/151/17)L1, tốt nhất 1/16L1; Đúc hẫng: H/L = (1/17‐1/20)L1, tốt nhất 1/18L1.
 Ưu điểm:
 Mô men nhỏ hơn so với dầm giản đơn cùng nhịp nên vượt nhịp lớn hơn.
 Độ cứng lớn nên độ võng nhỏ hơn, vượt được nhịp lớn, ít trụ, thoát nước tốt,
phù hợp với sông có cấp thông thuyền lớn.
 Trên các trụ chỉ có một gối nên trụ chịu lực đúng tâm => trụ nhỏ.
Đặng Huy Khánh_VUNI

8

Chương 1 – Giới thiệu chung

 Ít khe biến dạng, trong phạm vi dầm liên tục đường đàn hồi không gãy khúc
nên xe chạy được êm thuận hơn.
 Dáng kiến trúc, mỹ quan đẹp nên phù hợp với các công trình cầu nhịp lớn,
cầu trong đô thị.
 Nhược 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 do đó nên ứng dụng nơi địa chất tốt.
 Cấu tạo phức tạp.
 Thi công khó khăn.
 Phạm vi áp dụng: nhịp 60 – 150m (có thể lên đến 200, 300m)
b. Hệ cầu khung:
- Đặc điểm: kết cấu nhịp và trụ (mố) liên kết cứng với nhau, do đó dưới tác dụng của tải
trọng thẳng đứng thì mố trụ cũng tham gia chịu mô men uốn. Do phát sinh mô men uốn trong
mố trụ cầu nên làm giảm mô men dương trong kết cấu nhịp so với hệ dầm đơn giản. Vì thế, cầu
khung so với cầu dầm có thể vượt được nhịp lớn hơn hoặc có thể giảm được chiều cao dầm và
do đó, giảm được khối lượng của bê tông trong kết cấu nhịp.
- Các loại cầu khung phổ biến:
 Cầu khung trụ một thân:

 Cầu khung trụ hai thân:

 Cầu khung T liên kết khớp:

- Ưu điểm:
 Cầu khung có độ cứng lớn nên độ võng nhỏ do đó vượt nhịp lớn.
 Mô men tại các vị trí trong kết cấu nhịp nhìn chung là nhỏ nên tiết kiệm vật liệu.
 Không cần cấu tạo gối cầu như trong hệ dầm nên giảm được chi phí đầu tư, bảo

quản, sửa chữa và thay thế.
Đặng Huy Khánh_VUNI

9


Chương 1 – Giới thiệu chung

 Khả năng vượt nhịp khá lớn, L ≥ 40m.
- Nhược điểm:
 Cấu tạo, thi công phức tạp.
 Kết cấu siêu tĩnh nên dễ phát sinh nội lực phụ do các ảnh hưởng khác.
c. Hệ cầu vòm:
- Đặc điểm: Phản lực tại chân vòm có lực xô ngang (khi không có thanh căng), vòm chịu
lực nén là chủ yếu..
- Cầu vòm thường được phân loại theo các dạng sau:
 Theo vị trí xe chạy: Trên, dưới và giữa
 Theo số khớp vòm: Không khớp, hai khớp, 3 khớp.
 Theo loại vòm: Vòm cứng, vòm mềm.

Không khớp, chạy trên

2 khớp, chạy trên

3 khớp, chạy trên

Không khớp, chạy giữa

2 khớp, chạy giữa

3 khớp, chạy giữa

Không khớp, chạy dưới

2 khớp, chạy dưới

3 khớp, chạy dưới

Hình 1.9 – Sơ đồ cầu vòm
- Ưu điểm:
 Hình thức đẹp nên thỏa mãn yêu cầu mỹ quan.
 Tận dụng khả năng chịu nén của vật liệu khi chọn trục vòm hợp lý.
- Nhược điểm:
 Có lực xô ngang.
 Thi công phức tạp, khó tiêu chuẩn hóa, ít dùng.
- Phạm vi áp dụng: Vượt được nhịp lớn: 60‐100m hoặc hơn nữa (ví dụ cầu Lupu ở Thượng
Hải Trung Quốc Lnhịp=550m).
d. Hệ hỗn hợp và cầu treo:
- Đặc điểm: là loại cầu được kết hợp từ các hệ đơn giản hoặc hệ đơn giản được tăng cường
các bộ phận chịu lực để có thể tạo ra những kết cấu chịu lực hợp lý, có hiệu quả về kinh tế, kỹ
thuật đặc biệt khi vượt nhịp lớn.
- Một số loại hỗn hợp như:

Đặng Huy Khánh_VUNI

10


Chương 1 – Giới thiệu chung

 Hỗn hợp dầm và vòm: Kết cấu
cấu dầm cứng vòm mềm, không
xuất hiện lực xô ngang trên gối,
vòm tham gia chịu lực cùng với
dầm.
 Dầm và hệ treo: Dầm được treo bằng dây cáp mềm xiên hay đứng, trong đó hệ
thống dây cáp chịu lực chính có dạng cong Parabol, dầm làm bộ phận mang tải
(thường gọi là cầu treo dây võng). Đây là kết cấu tối ưu nhất tính đến thời điểm
hiện nay và đã
thực hiện được
những công trình
cầu có chiều dài rất
lớn (cầu Akashi
Kaikyo, 1991m).
 Vòm và khung: Cấu tạo dạng vòm công xon với đường xe chạy trên, loại kết cấu
này không mang lại
hiệu quả cao nên ít được
áp dụng trong thực tế.
 Hệ khung vòm: Vòm cứng
kết hợp thanh treo mềm
thẳng đứng hoặc xiên, có lực
xô ngang (d) hoặc không có
lực xô ngang (a,b,c).
 Hệ thống dầm có tăng cường thanh xiên cứng hoặc mềm:
 Tăng cường bằng thanh
xiên cứng chống dưới
hoặc trên.
 Tăng cường thanh xiên
mềm, hay còn gọi là cầu
treo dây văng, rất phổ biến ở thời điểm hiện tại, vì:



Đặc điểm: Khai thác được dầm vừa chịu uốn vừa nén.



Ưu điểm: Có thể điều chỉnh
trạng thái ứng suất, biến dạng
trong quá trình lắp ráp và có
thể ngay cả trong giai đoạn
khai thác. Có độ cứng lớn hơn
(so với cầu treo dây võng) vì
không có biến dạng hình học
của dây. Thi công hẫng không
cần giàn giáo, ít ảnh hưởng
thông thuyền dưới cầu.



Nhược điểm: Ổn định theo
phương ngang cầu kém, rất

Đặng Huy Khánh_VUNI

11


Chương 1 – Giới thiệu chung

nhạy cảm với các tác dụng của gió bão và các lực tác dụng có tính chất

chu kỳ, hệ thống dây cáp dễ chịu ảnh hưởng của môi trường nước mặn,
độ ẩm cao, có nồng độ hóa chất cao.
 Hệ thống dàn BTCT: Có cấu tạo dạng biên song song hoặc gãy khúc, giảm thiểu
được khối lượng vật liệu đáng kể tuy nhiên các thanh dàn chịu kéo bị nứt nên bất
lợi trong khai thác. Loại kết cấu này đến nay không còn được sử dụng trừ một số
công trình cầu làm từ thời Pháp tại đồng bằng sông Cửu Long.

Hình 1.10- Cầu Đầu Sấu, Cần Thơ dạng dàn BTCT
1.4. Lịch sử và phương hướng phát triển:
1.4.1. Sơ lược lịch sử phát triển cầu BTCT:
Cầu BTCT xuất hiện đầu tiên vào những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi Xi măng được
phát minh vào khoảng năm 1825, việc đặt thép vào BT xuất hiện lẻ tẻ vào những năm 18351850. Từ năm 1855 trở đi BTCT mới chính thức ra đời tại Pháp. Năm 1875 Joseph Monier đã
xây dựng cầu BTCT đầu tiên dài 50ft (15,24m) rộng 13ft (3,96m). Kỹ sư người Pháp Francois
Hennebique đã phát triển mặt cắt ngang dạng T, ông và những học trò của ông như kỹ sư người
Thuỵ Sĩ Robert Maillart đã xây dựng một vài cầu vòm BTCT nổi tiếng. Những cầu BTCT của
Maillart được xem như là biểu tượng về thẩm mỹ. Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu BTCT chủ
yếu là cầu nhịp nhỏ - cầu bản, dầm, vòm. Năm 1896 người ta đã xây dựng cầu vòm nhịp 45m
tại nước Nga.
Giai đoạn đầu thế kỷ XX cầu BTCT đã phát triển mạnh mẽ ngoài dạng đơn giản, người
ta đã bắt đầu làm cầu liên tục, cầu khung, dầm công xon nhịp đến 30-40m. Trong giai đoạn này
cầu thường dùng phương pháp đổ bê tông liền khối và là BTCT thường nên nhịp nhỏ. Thời kỳ
đầu trong lịch sử của BTCT, năm 1888 một người Mỹ tên là P.H Jackson ở San Francisco đã
có ý tưởng rất hay. Ông ta nghĩ rằng sợi thép mà đã được sử dụng trong BTCT nếu ngay từ đầu
được kéo căng thì kết quả kết cấu này sẽ khoẻ hơn nhiều so với kiểu BTCT. Những cuộc thí
nghiệm của Jackson đã không bao giờ thành công vì hầu như chắc chắn là do những sợi thép ở
thời kỳ đó không đủ chịu kéo. Năm 1930 Eugène Freyssinet - người Pháp bắt đầu sử dụng sợi
thép cường độ cao và đã mở ra một khái niệm mới khác trong ngành xây dựng - BTCT ứng suất
trước.
BTCTƯST 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

BTCTƯST nhịp 60-70m và từ những năm đầu thập kỷ 60 họ đã sử dụng công nghệ hẫng trong
Đặng Huy Khánh_VUNI

12


Chương 1 – Giới thiệu chung

xây dựng cầu BTCT. Năm 1964 cầu Orleron dài 2.832m gồm 46 nhịp (nhịp chính dài 79m)
được xây dựng bằng phương pháp lắp hẫng, cầu Calix dài 1.200m 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 (thường 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 dài 320m dầm BTCTƯST tiết diện hình hộp. Công nghệ này cũng
được sử dụng ở nhiều nước 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 dài
240,7m; Tại Áo cầu SCHOTTWIEN nhịp giữa dài 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 được
những cầu lớn, áp dụng kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép trong xây dựng cầu. Trong thời kỳ này
ở Nga đã xây dựng những cầu vòm nhịp đến 116,120m (Cầu vòm qua kênh đào Mátxkva nhịp
116m, 4 làn đường 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. Năm 1961 cầu Abtozavodsi có 3 nhịp (36,4+148+36,4) là cầu khung dầm có
khớp L=148m (là cầu khung có nhịp dài thứ 2 sau cầu Medway ở Anh Nhịp 152m). BTCTƯST
hầu như được 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 BTCTỨST lớn đầu tiên đã được xây dựng ở Mỹ là cầu Walnut Lane
ở Philadelphia, Pennsylvania được xây dựng năm 1956. Cầu đầu tiên thi công bằng công nghệ
đúc đẩy là cầu Rio Caroni ở Venezuela do giáo sư Fritz Leonhardt đưa vào, kể từ đó cho đến
nay đã có hàng trăm cầu được thi công theo công nghệ này, ví dụ cầu Nuec dài 246m (6x41)

dầm cao 2,5m rộng 12,4, cầu cạn Oli dài 615m (15x41) dầm cao 3,1m.
Dưới đây giới thiệu danh sách 10 công trình cầu BTCT lớn nhất trên thế giới tính đến thời
điểm hiện tại.
TT

Tên cầu

Quốc gia

Hoàn
thành

Tổng
chiều dài

1

Cầu Vịnh Giao châu

Trung
Quốc

2011

41,58km

2

Cầu Pontchartrain

Mỹ

1969

38,35km

3

Cầu Chesapeake

Mỹ

1964

37km

4

Cầu Đông Hải

2008

32,5 km

5

Cầu Vasco da Gama

1998

17,2 km

6

Cầu Penang

Malaysia

1985

13,5 km

7

Cầu Rio-Niteroi

Brazil

1985

13 km

8

Cầu Confederation

Canada

1997

12,9 km

9

Cầu San Mateo

Mỹ

1967

11,2 km

10

Cầu Seven Miles

Mỹ

1982

10,93 km

Đặng Huy Khánh_VUNI

Trung
Quốc
Bồ Đào
Nha

Giá trị

Kết cấu nhịp

1,8 tỷ
USD
56,7 triệu
USD
200 triệu
USD
1,5 tỷ
USD
1,1 tỷ
USD
1,29 tỷ
USD
1,24 tỷ
USD
1,00 tỷ
USD
70 triệu
USD
45 triệu
USD

Dầm BTCT +
Dây xiên
Cầu đôi dầm
BTCT
Dầm BTCT +
Dây võng

Dầm BTCT +
Dây xiên
Dầm BTCT +
Dây xiên
Dầm BTCT +
Dây xiên
Dầm hộp
BTCT
Dầm hộp
BTCT
Dầm BTCT
Dầm BTCT
13


Chương 1 – Giới thiệu chung

1.4.2. Sơ lược lịch sử phát triển cầu ở Việt Nam:
Ở Việt Nam cầu BTCT được xây dựng từ thời Pháp thuộc với các dạng như cầu bản, cầu
dầm hoặc giàn đơn giản, cầu dầm hoặc giàn mút thừa được thi công theo phương pháp đúc tại
chỗ. Các kết cấu này thường có hai dầm chủ hoặc giàn chủ, bản mặt cầu, dầm dọc, dầm ngang.
Bề rộng đường ô tô khoảng 4-5m ví dụ cầu Ba Càng - QL1 tỉnh Vĩnh Long sơ đồ cầu:
14,5+30+14,5m (Hình 1-1), và các cầu đường sắt đơn tuyến khổ đường 1m, các cầu này có
chiều dài nhỏ hơn 20-30(m). Một số dạng dầm liên tục với chiều dài nhịp 30-40(m). Cho đến
nay sau một thời gian dài sử dụng hoặc do sự tàn phá qua các thời kỳ chiến tranh nhiều cầu bị
phá huỷ hoặc hư hỏng, xuống cấp phải thay thế bằng những cầu mới, tuy nhiên hiện nay một
số cầu được xây dựng từ thời Pháp thuộc hiện vẫn còn đang được sử dụng như cầu Đầu Sấu
QL1 tỉnh Cần Thơ, Cái Xếp (Đồng Tháp), hoặc cầu mút thừa có dầm treo cầu Cái Bường QL80 Đồng Tháp sơ đồ cầu 10+13,6+10m (nhịp đeo dài 8,7m, công xon dài 2,4m) chiều rộng
cầu 5,2m. Cầu vòm mút thừa Tân Lợi QL 80 Đồng Tháp.
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, được liên kết ngang bằng mối nối hàn tại dầm ngang hoặc
bằng bản mặt cầu BTCT đổ tại chỗ. Kết cấu BTCT sử dụng cho cầu nhịp nhỏ như cầu bản hay
cầu dầm với nhịp dưới 22m. Khi kết cấu BTCTƯST 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 và xây dựng các
cầu BTCTƯST nhịp 24m, 33m (nhịp dẫn cầu Thăng Long Hà Nội).
Tại miền nam trước 1975: xây dựng rất nhiều cầu BTCTƯST sử dụng chủ yếu là 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
này chủ yếu được chế tạo tại nhà máy bê tông Châu Thới. Sau ngày thống nhất đất nước chúng
ta đã xây dựng nhiều cầu nhịp trung bình và nhịp lớn. Ví dụ Cầu An Dương, Cầu Rào_dạng
cầu khung nhịp đeo, nhịp dầm chính dài 63m (cánh T dài 39m dầm treo dài 24m). Sau sự cố
cầu Rào, cầu Bo Thái Bình đã được thi công bằng phương pháp đúc hẫng (cánh T dài 28m, dầm
treo dài 33m). Đặc biệt trong những năm gần đây đã áp dụng những công nghệ tiên tiến trong
việc thi công cầu BTCTƯST ví dụ một số cầu xây dựng theo công nghệ đúc hẫng:
+ Cầu Phú Lương tại thị Xã Hải Dương, tỉnh Hải Dương nằm trên Quốc lộ 5 dài 490,7m,
sơ đồ cầu: 2x37,4+64,75+2x102+64,75+2x37,4.
+ Cầu Sông Gianh-Quốc lộ 1-Tỉnh Quảng Bình dài 746,4m (37,4+58+90,6+3x120+90,6
+58+37,4).
+ Cầu Phù Đổng (cầu Đuống mới) – Quốc lộ 1 (mới) tuyến Hà Nội Lạng Sơn - Huyện
Gia Lâm - Hà Nội dài 929m sơ đồ cầu: 65+7x100+65 + 3x33 (m); gồm 9 nhịp liên tục thi công
bằng phương pháp đúc hẫng và 3 nhịp giản đơn thi công bằng phương pháp bán lắp ghép (PCI).
Chiều rộng toàn cầu 15m, phần cầu liên tục tiết diện hình hộp (2 sườn) chiều cao thay đổi từ
6m (trên trụ) và 2,5m (giữa nhịp). Mặt cầu sử dụng cốt thép ƯST. Gối cầu có sử dụng loại
Semi-fixed (bán cố định) trên các trụ P3, P4, P5, P6. Hoàn thành tháng 12/2000.
+ Cầu Như Nguyệt (Đáp cầu) - Quốc lộ 1 (mới) tuyến Hà Nội Lạng Sơn –Thị Xã Bắc
Ninh – Tỉnh Bắc Ninh dài 428m, sơ đồ cầu: 4 x33 +65+100+65+2x33 (m); mặt cắt ngang tương
tự như cầu Đuống. Hoàn thành tháng 12/2000.
+ Cầu Hoàng Long (Hàm Rồng) - QL 1, qua sông Mã - Tỉnh Thanh Hoá nhịp chính là
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) và 2,75m (trên mố); chiều rộng toàn cầu 12,8m. Với một nhịp giản
đơn dài 49,4m, tiết diện hình hộp có chiều cao không thay đổi (2,75m).

Đặng Huy Khánh_VUNI

14


Chương 1 – Giới thiệu chung

+ Ngoài 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).
+ Cầu Kiền – Quốc lộ 10 – Hải phòng dạng cầu dây văng thi công bằng công nghệ lắp
hẫng,... và cầu Cần Thơ qua sông Hậu có nhịp chính 550m, cầu Bãi Cháy là cầu dây văng 1 mặt
phẳng dây.
+ Công nghệ đúc đẩy: Cầu Mẹt Tuyến Hà Nội Lạng Sơn, Cầu Hiền Lương vượt sông Bến
Hải, nhịp dẫn cầu Quán Hầu (Quảng Bình).
Tính đến thời điểm hiện nay, chúng ta đã đạt nhiều thành quả trong công tác thiết kế và
xây dựng các công trình cầu lớn BTCT có kết hợp nhiều kết cấu tăng cường khác nhau. Danh
sách 5 công trình cầu ghi nhận thành quả của ngành cầu đường gồm:
TT

Tên cầu

Địa
điểm

Hoàn
thành

Tổng
chiều dài

Giá trị

Kết cấu nhịp

1

Cầu Tân Vũ – Lạch
Huyện

Hải
Phòng

2016

5,44km

257 triệu
USD

Cầu dầm
BTCT

2

Cầu Vĩnh Thịnh

2014

5,5km

137 triệu
USD

Cầu dầm
BTCT

3

Cầu Pá Ôn

2010

1,3 km

5,9 triệu
USD

Cầu dầm
BTCT

4

Cầu Thị Nại

Quy
Nhơn

2006

2,5km

27,3 triệu
USD

Cầu dầm
BTCT

5

Cầu Bãi cháy

Quang
Ninh

2006

0,9 km

52 triệu
USD

Dầm BTCT +
Dây văng

Hà Nội
Sơn La

1.4.3. Phương hướng phát triển:
1. Nghiên cứu sử dụng vật liệu mới: Bê tông chất lượng cao (High Performance ConcreteHPC) và Thép chất lượng cao (High Performance Steel - HPS), fiber reinforced polymer (FRP)

vào thiết kế xây dựng công trình cầu.
2. Kết cấu mới, kết cấu tối ưu.
3. Nghiên cứu các phương pháp tính toán truyền thống để tính toán cho kết cấu mới và
các phương pháp tính toán mới.
4. Áp dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin: Thiết kế tối ưu, 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 và cơ giới hoá thi công.
1.5. Quan điểm và tiêu chuẩn thiết kế cầu:
1.5.1. Tiêu chuẩn thiết kế:
- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 11823 – 1:2017 Thiết kế cầu đường bộ.
- Tiêu chuẩn ngành 22-TCN272-05 Tiêu chuẩn thiết kế cầu.
Đặng Huy Khánh_VUNI

15


Chương 1 – Giới thiệu chung

- Trong thực tế các dự án các kỹ sư có thể tham khảo các bộ tiêu chuẩn của các nước tiên
tiến để thiết kế các hạng mục chi tiết như ASSHTO, JIG, AU, ASTM, … Các tiêu chuẩn này
khi đưa vào khung tiêu chuẩn của dự án phải được Chủ đầu tư và Đại diện cơ quan nhà nước
có thẩm quyền phê duyệt trước khi áp dụng.
1.5.2. Quan điểm, triết lý thiết kế:
Cầu phải được thiết kế theo các trạng thái giới hạn quy định để đạt được các mục tiêu thi
công được, an toàn và sử dụng được, có xét đến các vấn đề: khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế
và mỹ quan. Bất kể dùng phương pháp phân tích kết cấu nào thì Phương trình (1) phải luôn
luôn được thỏa mãn với mọi ứng lực và các tổ hợp tải trọng được qui định của chúng.
∑ η γ Q < ϕR = R

(1)

Trong đó :
+ Đối với tải trọng dùng giá trị cực đại của γi thì tương ứng với
ηi= ηD ηR ηI ≥ 0,95

(2)

+ Đối với tải trọng dùng giá trị tối thiểu của γi thì tương ứng:
η =

≤ 1,0

(3)

trong đó:
γi = hệ số tải trọng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho ứng lực.
 = hệ số sức kháng: hệ số nhân dựa trên cơ sở thống kê dùng cho sức kháng danh
định được qui định ở các Phần 5, 6, 10, 11 và 12 của bộ tiêu chuẩn TCVN11823.
ηi = hệ số điều chỉnh tải trọng: hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan
trọng trong khai thác.
ηD = hệ số liên quan đến tính dẻo được qui định ở Điều 4.3_TCVN11823.
ηR = hệ số liên quan đến tính dư được qui định ở Điều 4.4_TCVN11823.
ηI = hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác được qui định ở Điều
4.5_TCVN11823
Qi = ứng lực.
Rn = sức kháng danh định.
Rr = sức kháng tính toán : .Rn
1.5.3. Các trạng thái giới hạn:
- Trạng thái giới hạn sử dụng: Phải tính kết cấu theo trạng thái giới hạn sử dụng để nhằm
hạn chế ứng suất, biến dạng và bề rộng vết nứt xuất hiện trong cấu kiện dưới điều kiện sử dụng

bình thường.
- Trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại giòn (nứt gãy): Trạng thái giới hạn mỏi phải được
xét đến trong tính toán như một biện pháp nhằm hạn chế về biên độ ứng suất do một xe tải thiết
kế gây ra với số chu kỳ biên độ ứng suất dự kiến. Trạng thái giới hạn phá hoại giòn phải được
xét đến như một số yêu cầu về tính bền của vật liệu theo Tiêu chuẩn vật liệu.
- Trạng thái giới hạn cường độ: Trạng thái giới hạn cường độ phải được xét đến để đảm
bảo kết cấu cầu có cấu tạo đủ cường độ, sự ổn định cục bộ và ổn định tổng thể, chịu được tác
Đặng Huy Khánh_VUNI

16


Chương 1 – Giới thiệu chung

động của các tổ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê có thể xảy ra trong suốt thời gian tuổi
thọ thiết kế của nó.
- Trạng thái giới hạn đặc biệt: Trạng thái giới hạn đặc biệt phải được xét đến để đảm bảo
sự tồn tại của cầu khi động đất hoặc lũ lớn hoặc khi bị tầu thuỷ, xe cộ va, và cả trong điều kiện
bị xói lở.
1.6. Ví dụ về thiết kế một phương án cầu:
Từ số liệu điều tra, khảo sát ta sẽ thu thập được các số liệu cơ bản về cấp sông, cao độ
các mức nước, cao độ đáy sông, khẩu độ thoát nước, … Tùy điều kiện kinh kế, nhu cầu phát
triển trong tương lai mà các kỹ sư thiết kế lựa chọn các giải pháp vượt sông phù hợp nhưng
phải đảm bảo nguyên tắc cơ bản là công trình cầu không được phép làm thu hẹp dòng chảy.
Ví dụ yêu cầu thiết kế một phương án cầu
vượt sông có yêu cầu thông thuyền cấp V và khẩu
độ thoát nước l0 = 90m.
Tra bảng cấp sông ở trên ta có khổ thông
thuyền là BxH = 25x5m
Phương án thiết kế vượt sông với số nhịp là n, ta có tổng chiều dài các nhịp cầu là

Lc = ∑l0 + (n-1).BT + 2.BM
Trong đó:
BT: Chiều rộng thân trụ (giả thiết trụ cầu giản đơn ta thường thiết kế là 1,5)
BM: Chiều rộng thân mố (giả thiết mố chữ U có chiều dày thân mố là 1m)
Nếu thiết kế 3 nhịp cầu ta có: Lc = 90 + (3-1).1,5 + 2.1 = 95m
Nếu thiết kế 3 nhịp bằng nhau ta có chiều dài mỗi nhịp là: Ln = 95/3 = 31,7m.
Kiểm tra: Ln > Btt + BT = 25 + 1,5 = 26,5 => Đạt
Nếu thiết kế 4 nhịp cầu thì Ln = 24,1m < 26,5m => Không đạt.

Hình 1.11 - Thiết kế 1 phương án cầu
* Tài liệu tham khảo:
[1]. GS.TS.Lê Đình Tâm – Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô, Tập 1, Nhà xuất bản xây
dựng.
[2]. Tiêu chuẩn quốc gia về thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-2017.
* Câu hỏi ôn tập:
Câu 1: Trình bày tác dụng các bộ phận của công trình cầu, ký hiệu, tên gọi các kích thước
cơ bản của công trình cầu.
Đặng Huy Khánh_VUNI

17


Chương 1 – Giới thiệu chung

Câu 2: Trình bày nội dung của các phương pháp phân loại cầu.
Câu 3: Trình bày những yêu cầu cơ bản của công trình cầu và những phương hướng chủ
yếu về sự phát triển của ngành cầu ở Việt Nam.
Câu 4: Tiêu chuẩn thiết kế cầu ở nước ta là gì? Phân biệt khái niệm TCN và TCVN?
Câu 5: Triết lý thiết kế cầu là gì? Viết và giải thích phương trình cơ bản trong nguyên lý
thiết kế cầu theo trạng thái giới hạn?

Câu 6: Phân biệt các trạng thái giới hạn trong thiết kế cầu?
Câu 7: Thiết kế phương án cầu là làm việc gì? Hãy thử đặt giả thiết và lập một phương
án cầu vượt sông?

Đặng Huy Khánh_VUNI

18


Chương 2 – Vật liệu trong cầu BTCT

CHƯƠNG 2
VẬT LIỆU TRONG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
* Mục tiêu:
- Nhớ được các loại vật liệu cơ bản sử dụng trong cầu bê tông cốt thép.
- Hiểu các kiến thức cơ bản về những tính chất đặc thù của vật liệu, vận dụng linh hoạt
trong thiết kế công trình thực tế.
- Phân tích và lựa chọn được vật liệu chính cho việc thiết kế cầu bê tông cốt thép thỏa
mãn các yêu cầu đề ra.
* Nội dung:
2.1. Khái niệm chung bê tông cốt thép:
- Bê tông là một loại đá nhân tạo hình thành từ hỗn hợp xi măng, cát, đá và nước,… Vật
liệu bê tông có giá thành rẻ, sau khi đông cứng, bê tông chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém. Vật
liệu rời hay còn gọi là cốt liệu, thường có 2 loại bé và lớn. Loại bé là cát có kích thước (1-5)mm,
loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước (5-40)mm. Chất kết dính là xi măng trộn với nước
hoặc các chất dẻo khác. Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công
cũng như trong quá trình sử dụng. Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành
bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng chất kết dính liên kết chúng lại thành
một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng.
- Cốt thép là sản phẩm công nghiệp, là một loại vật liệu có tính năng chịu kéo và nén đều

tốt nhưng là loại vật liệu đặc thù, đắt tiền. Tuy nhiên, thép lại bị ăn mòn trong môi trường không
khí.
Vì thế, người ta kết hợp hai loại vật liệu trên để tạo thành vật liệu “bê tông cốt thép” có
khả năng chịu lực tốt và tương đối rẻ tiền. Vật liệu bê tông cốt thép phát huy được các ưu điểm
đồng thời hạn chế các nhược điểm của riêng bê tông và cốt thép, về cơ bản:
• Bê tông bao bọc cốt thép không cho tiếp xúc với môi trường tạo điều kiện chống gỉ cho
cốt thép
• Thép làm bộ khung và hạn chế nứt trong bê tông, …
2.2. Bê tông:
2.2.1. Yêu cầu chung về bê tông:
- Người ta phân loại bê tông theo một số tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn cơ bản nhất là cường độ
nén sau 28 ngày, ký hiệu là f’c
- Ngoài ra còn phân loại bê tông như sau:
a. Bê tông loại A: dùng cho mọi loại kết cấu, đặc biệt thường dùng ở trong và trên
nước mặn. Phụ gia tạo bọt trong bê tông (AE_Air entrained) nhằm tăng độ bền
vững khi chịu lạnh, giảm hiện tượng mao dẫn trong bê tông bảo vệ cốt thép => Bê
tông loại A(AE) là bê tông loại A có sử dụng phụ gia tạo bọt.
b. Bê tông loại B: thường dùng cho móng, cọc lớn, tường trọng lực, mố trụ nặng.
Đặng Huy Khánh_VUNI

19


Chương 2 – Vật liệu trong cầu BTCT

c. Bê tông loại C: thường dùng cho kết cấu có tiết diện mỏng (có chiều dày <
100mm) như lan can, sàn lưới thép…
d. Bê tông loại P: dùng khi cường độ yêu cầu f’c ≥ 28 Mpa. Đối với bê tông dự ứng
lực, cần phải hạn chế kích thước cốt liệu danh định dưới 20mm.
e. Bê tông loại S: dùng bịt nước tường vây, đê bao…

- Theo quy định của TCVN11823-2017 (viện dẫn từ ASSHTO LRFD):
 Với bê tông loại A, A(AE), và P dùng ở trong và trên nước mặn thì tỉ lệ N/X≤0,45
 Lượng xi măng Pooc lăng không vượt quá 475kg/m3 (tương ứng với tỉ lệ N/X
chuẩn để hạn chế lượng nước trong hỗn hợp). Ngoài trừ bê tông tính năng cao thì
lượng xi măng Pooc lăng không vượt quá 593kg/m3.
 Không dùng bê tông có f’c ≤ 16 MPa cho mọi loại kết cấu.
 Bê tông có cường độ nén > 70 MPa chỉ được dùng khi có các thí nghiệm vật lý
xác lập được các quan hệ giữa cường độ chịu nén và các tính chất khác.
 Cường độ bê tông dầm ƯST và bản mặt cầu ≥ 28 MPa
- Chất lượng bê tông phải đảm bảo các yêu cầu:
 Dính kết tốt với cốt thép.
 Độ chặt (đặc sít) đồng đều bảo vệ được cốt thép không bị môi trường xâm thực,
ăn mòn.
 Đủ cường độ thiết kế và cường độ đồng đều.
Ví dụ quy định về bê tông cho một dự án:
Cấp bê
tông

Cường độ f’c
(Mpa)

C40

40

Dầm đơn giản BTCT DƯL tiết diện chữ T, I

C30

30

Bản mặt cầu, dầm ngang, gờ lan can, bản quá
độ
Cọc đóng BTCT
Cọc khoan nhồi

C15

15

Bê tông bịt đáy

C10

10

Bê tông tạo phẳng đáy móng

Sử dụng

2.2.2. Bê tông chất lượng cao:
- Để cải thiện các tính năng của bê tông nhằm phục vụ như cầu phát triển ngày càng cao
trong xây dựng, người ta đã tìm cách cải tiến cấu trúc, thành phần, công nghệ bằng cách sử
dụng các chất phụ gia, các chất hỗ trợ công nghệ và các phương pháp công nghệ mới để tìm ra
các bê tông chất lượng cao. Có 5 loại bê tông chất lượng cao ta thường gặp gồm:
 Bê tông cường độ cao siêu dẻo: là loại bê tông có thành phần cốt liệu, ximăng
truyền thống và phụ gia siêu dẻo. Loại bê tông này có tỷ lệ N/X khoảng 0,35- 0,40,
độ sụt đạt đến 15 - 20 cm, giữ được ít nhất 60 phút. Cường độ đạt đến 70 MPa và

Đặng Huy Khánh_VUNI

20