Nghiên cứu giải pháp liên tục hóa kết cấu nhịp và áp dụng cho cầu ngã tư, tỉnh trà vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ VĂN CHÍ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP
LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP VÀ ÁP DỤNG
CHO CẦU NGÃ TƢ, TỈNH TRÀ VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ VĂN CHÍ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP
LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP VÀ ÁP DỤNG
CHO CẦU NGÃ TƢ, TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Mã số

: 8580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN MỸ

Đà Nẵng - năm 2019


i

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Nguyễn Văn Mỹ đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ, giảng viên Khoa Xây dựng
Cầu đư ng và các Ph ng – Ban c a Trư ng ại h c Bách hoa - ại h c à N ng,
cùng gia đình, bạn bè đã động viên, tạo điều iện cho em trong th i gian h c cao h c
và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Với th i gian nghiên cứu và năng lực c a bản thân c n hạn chế, luận văn chắc
chắn hông tránh hỏi những thiếu sót, tồn tại. Em rất mong nhận được những ý iến
đóng góp từ phía quý thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện
hơn./.
Trân tr ng cảm ơn!


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác./.

Tác giả luận văn

Lê Văn Chí


iii

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP VÀ ÁP DỤNG CHO
CẦU NGÃ TƢ, TỈNH TRÀ VINH
H c viên: Lê Văn Chí. Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số: 8580205. Khóa K36
Tóm tắt:
Ở Việt Nam nói chung và tỉnh Trà Vinh nói riêng, cầu dầm đơn giản được áp dụng rộng rãi do
ết cấu này có nhiều ưu điểm như được tiêu chuẩn hóa, cơ giới hóa, công nghệ thi công đơn giản và
đặc biệt nó phù hợp với năng lực c a các nhà thầu hiện nay. Tuy nhiên, ết cấu nhịp giản đơn vẫn tồn
tại một số nhược điểm như khe co giãn trên trụ cầu gây ra xung kích, gây cảm giác hó chịu cho ngư i
tham gia giao thông và việc duy tu bảo dưỡng tốn ém. Hơn nữa, ết cấu dầm giản đơn thư ng hông
hiệu quả inh tế hi nhịp lớn. ể hắc phục những nhược điểm đó, giải pháp công nghệ liên tục hóa
các dầm giản đơn thành dầm liên tục là một giải pháp cần thiết vừa mang ưu điểm c a cầu dầm liên
tục vừa có ưu điểm c a cầu dầm giản đơn. Giải pháp liên tục hóa này giảm được mômen dương ở giữa
nhịp do xuất hiện mômen âm trên gối cầu, giảm được số he co giãn tạo điều iện cho xe chạy êm
thuận trên cầu, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp và hệ thống thoát bên dưới cầu được giảm đáng ể.
Luận văn áp dụng giải pháp liên tục hóa ết cấu nhịp trong công tác thiết ế và thi công cầu Ngã Tư
thuộc tỉnh Trà Vinh.

Từ khóa:
Bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực, ết cấu nhịp giản đơn, ết cấu nhịp liên tục hóa,
cầu dầm giản đơn, cầu dầm liên tục hóa, công nghệ liên tục, giải pháp liên tục hóa, cầu Ngã Tư.

RESEARCH SOLUTIONS CONTINUOUSTIRED STRUCTURE AND APPLY FOR
NGA TU BRIDGE, TRA VINH PROVINCE
Abstract:

In Vietnam in general and Tra Vinh province in particular, simple girder bridges are widely
applied because this structure has many advantages such as standardization, mechanization, simple
construction technology and especially it is suitable suitable with the capacity of current contractors.
However, the simple span structure still has some disadvantages such as expansion joints on piers that
cause a shock, causing discomfort to the road users and costly maintenance and maintenance.
Moreover, simple girder structures are often not economically effective at a large span. To overcome
these disadvantages, the technological solution to continuously simplify simple beams into continuous
beams is a necessary solution that brings both the advantages of a continuous girder bridge and the
advantages of a simple girder bridge. This continuous solution reduces the positive torque in the
middle of the span due to the presence of a negative torque on the bearings, reducing the number of
expansion joints to facilitate smooth running on the bridge, low maintenance costs and drainage
systems. underneath the bridge is greatly reduced. The thesis applies the solution of continuous span
structure in the design and construction of Nga Tu Bridge in Tra Vinh Province.

Keywords:
Reinforced concrete, pre-stressed reinforced concrete, Simple metronome texture, continuous
rhythmic structure, imple girder bridge, girder bridge continuous, continuous technology, solution of
continuousization, Nga Tu bridge.


iv

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iv
CÁC KÝ HIỆU ....................................................................................................... vii
CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................x

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu..............................................................................................1
3. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................2
4. Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................2
6. Bố cục luận văn: ....................................................................................................2
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ........4
VÀ LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU .............................................................................4
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ..............................................................................4
1.1.1. Trên thế giới.....................................................................................................4
1.1.2. Ở Việt Nam ......................................................................................................7
1.2. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU ..................10
1.2.1. Ƣu điểm ..........................................................................................................10
1.2.2. Phạm vi ứng dụng .........................................................................................10
1.2.2.1. Trên thế giới .................................................................................................10
1.2.2.2. Tại Việt Nam ................................................................................................11
Kết luận Chƣơng 1 ..................................................................................................12
CHƢƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP .................13
2.1. KHÁI NIỆM LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP .........................................13
2.2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP .........................13
2.3. LÝ THUYẾT TỔNG QUÁT TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP .....................16
2.3.1. Tổng quan về lý thuyết tính toán .................................................................16
2.3.2. Các trạng thái giới hạn .................................................................................17
2.3.2.1. Trạng thái giới hạn sử dụng .........................................................................17
2.3.2.2. Trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại giòn ..................................................18
2.3.2.3. Trạng thái giới hạn cường độ ......................................................................18

v

2.3.2.4. Trạng thái giới hạn đặc biệt........................................................................18
2.4. TRÌNH TỰ GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP TRONG THI
CÔNG ...........................................................................................................................21
2.4.1. Giai đoạn 1 .....................................................................................................21
2.4.2. Giai đoạn 2 .....................................................................................................21
2.4.3. Giai đoạn 3 .....................................................................................................21
2.4.4. Giai đoạn 4 .....................................................................................................22
2.5. KIỂM TOÁN KẾT CẤU NHỊP THEO CÁC GIAI ĐOẠN .........................22
2.5.1. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng ...............................................22
2.5.1.1. Kiểm toán ứng suất kéo nén trong bê tông .................................................22
2.5.1.2. Lực căng cáp có hiệu ...................................................................................25
2.5.1.3. Kiểm toán võng ............................................................................................29
2.5.2. Kiểm toán theo trạng thái cƣờng độ 1 .........................................................30
Kết luận Chƣơng 2 ..................................................................................................33
CHƢƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP LIÊN TỤC HÓA ......34
CẦU NGÃ TƢ THUỘC TỈNH TRÀ VINH .........................................................34
3.1. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ CẦU NGÃ TƢ ......................................................34
3.2. MÔ HÌNH VÀ CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ...........................................35
3.2.1. Thông số kỹ thuật chung ..............................................................................35
3.2.1.1.Thông số kỹ thuật về mặt cắt ngang cầu ......................................................35
3.2.1.2.Thông số kỹ thuật về dầm cầu Ngã Tư ..........................................................35
3.2.2. Thông số kỹ thuật về kết cấu nhịp ...............................................................35
3.2.2.1. Kết cấu nhịp giản đơn cầu Ngã Tư ..............................................................35
3.2.2.2. Kết cấu nhịp liên tục hóa .............................................................................36
3.3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP GIẢN ĐƠN CẦU NGÃ TƢ .......................36
3.3.1. Lựa chọn các thông số tính toán ..................................................................36
3.3.1.1. Thông số hình học ........................................................................................36
3.3.1.2. Thông số về vật liệu bê tông.........................................................................36

3.3.1.3.Thông số về vật liệu thép cường độ cao ........................................................36
3.3.2. Các bƣớc mô hình tính toán .........................................................................36
3.3.2.1. Mô hình và tải trọng .....................................................................................36
3.3.2.2. Kết quả nội lực .............................................................................................37
3.4. TÍNH TOÁN LIÊN TỤC HÓA CẦU NGÃ TƢ ............................................37
3.4.1. Lựa chọn các thông số tính toán ..................................................................37
3.4.1.1. Thông số hình học ........................................................................................37
3.4.1.2. Thông số về vật liệu bê tông .........................................................................37
3.4.1.3. Thông số về vật liệu thép cường độ cao .......................................................38
3.4.2. Trình tự thi công ...........................................................................................38
3.4.3. Nội lực.............................................................................................................39


vi

3.4.3.1. Nội lực dầm ở giai đoạn dầm làm việc tĩnh định chịu tải bản thân DC1 ....39
3.4.3.2. Nội lực giai đoạn 3, liên tục dầm thi công bản mặt cầu và lớp phủ ............39
3.4.3.3. Nội lực giai đoạn 4 giai đoạn đưa xe vào khai thác ....................................40
3.4.3.4. Nội lực theo trạng thái cường độ 1 ..............................................................41
3.4.3.5. Nội lực theo giới hạn sử dụng 1 ...................................................................41
3.4.3.6. Kết quả nội lực .............................................................................................42
3.4.4. Tính toán cáp dự ứng lực tăng cƣờng tại mặt cắt gối cầu .........................42
3.4.4.1. Sơ bộ tính khối lượng cáp dự ứng lực ..........................................................42
3.4.4.2. Bố trí thép .....................................................................................................44
3.4.4.3. Kiểm toán theo TTCĐ 1 ...............................................................................45
3.4.4.4. Kiểm toán TTCĐ sử dụng 1 .........................................................................46
3.5. SO SÁNH NỘI LỰC CỦA CẦU DẦM NHỊP ĐƠN GIẢN VÀ CẦU DẦM
ĐÃ LIÊN TỤC .............................................................................................................47
Kết luận Chƣơng 3 ..................................................................................................49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................50

Kết luận ....................................................................................................................50
Kiến nghị ..................................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................


vii

CÁC KÝ HIỆU
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

22
23
24
25
26
27
28

30
31

Ký hiệu
L
Ltt
B
Bx
h
hb
Hd
be
f’c
fpu
fpy
bw
H
E
fc
fr
ftao
Ntao

DC1
DC2
DW
LL
Aps
Ap
s
t
Mp
P
I

Đơn vị
m
m
m
m
m
m
m
m
MPa
MPa
MPa
mm
%
Mpa
MPa
MPa
mm2

tao
KN/m
KN/m
KN/m
KN
mm2
mm2
mm
giây
KN.m
KN
mm4

Giải thích ý nghĩa
Chiều dài
Chiều dài tính toán
Bề rộng
Bề rộng phần xe chạy
Chiều cao mặt cắt dầm
Chiều cao bản mặt cầu
Chiều cao dầm
Khoảng cách giữa các dầm
Bê tông dầm
Cư ng độ chịu éo
Giới hạn chảy
Chiều dày c a bản bụng
ộ ẩm trung bình
Modun đàn hồi
Cư ng độ chịu nén
Cư ng độ chịu éo

Diện tích 1 tao cáp
Số tao cáp
Tải tr ng bản thân dầm
Tải tr nglan can tay vịn và bản mặt cầu
Tải tr ng lớp ph
Hoạt tải
Diện tích thép DƯL
Diện tích thép thư ng
Cự ly cốt thép đai
Th i gian
Mô men do lực căng có hiệu
Lực căng có hiệu
Mô men quán tính

Ag


mm2
Kg/m3

Diện tích tiết diện quy đổi về bê tông
Tỷ tr ng c a bê tông


viii

CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
BT
CT

BTCT
DƯL
LT
LTH
TTC
TTH
TTSD
ƯST

Giải thích ý nghĩa
Bê tông
Cốt thép
Bê tông cốt thép
Dự ứng lực
Liên tục
Liên tục hóa
Trạng thái cư ng độ
Trục trung h a
Trạng thái sử dụng
Ứng suất trước


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

2.1.

Hệ số tải tr ng và tổ hợp tải tr ng

20

2.2.

Hệ số tải tr ng cho tải tr ng thư ng xuyên do tích lũy biến dạng

20

2.3.

Hệ số tải tr ng cho tải tr ng thư ng xuyên

21

2.4.

Giới hạn ứng suất nén trong bê tông

22

2.5.

Giới hạn ứng suất éo trong bê tông

23

2.6.

Hệ số ma sát cho bó cáp căng sau

27

2.7.

Mất mát ứng suất theo th i gian

29

3.1.

Tĩnh tải phân bố trên 1 dầm cầu

37

3.2.

Kết quả nội lực cầu dầm nhịp đơn giản

37

3.3.

Kết quả nội lực cầu dầm liên tục nhịp

42

3.4.

Nội lực dầm tại mặt cắt dầm trên đỉnh trụ

42

3.5.

Bảng so sánh nội lực giữa nhịp đơn giản và nhịp liên tục

47


x

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1.
1.2.

Tên hình
Cầu BTCT đầu tiên
Cầu Calix ở Pháp, bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp chính
156m

Trang
4

5

1.3.

Cầu Koror Babelthuap ở Mỹ và cầu Schottwien ở o

5

1.4.

Cầu Honshu-Shi o u Nhật Bản nhịp chính dài 490m

6

1.5.

Cầu Ba Càng – Quốc lộ 1 tỉnh Vĩnh Long

7

1.6.

Cầu Sông Gianh

8

1.7.

Cầu Thuận Phước à N ng

9

1.8.

Cầu Cần Thơ nhịp chính dài 550m

9

1.9.

Cầu US 90 ở Hoa Kỳ

11

1.10.

Cầu Gián Khẩu ở tỉnh Ninh Bình

12

2.1.

Liên tục dầm bằng phương pháp chốt

14

2.2.

Liên tục dầm bằng biện pháp dầm ngang liền hối

14

2.3.

Một số hình ảnh liên tục nhịp bằng dầm ngang liền hối

15

2.4.

Phương pháp sử dụng dầm ngang hẫng

15

2.5.

Phương pháp liên tục nhịệt

16

3.1.

Mặt cắt ngang cầu

34

3.2.

Mặt cắt d c cầu

34

3.3.

Các giai đoạn làm việc c a dầm

38

3.4.

Biểu đồ Mômen giai đoạn 1

39

3.5.

Biểu đồ lực cắt giai đoạn 1

39

3.6.

Biểu đồ Mômen giai đoạn 3 do DW và DC2

40

3.7.

Biểu đồ lực cắt giai đoạn 3 do DW và DC2

40

3.8.

Bao mômen hoạt tải

40

3.9.

Bao lực cắt hoạt tải

40

3.10.

Bao mômen giới hạn cư ng độ 1

41

3.11.

Bao lực cắt giới hạn cư ng độ 1

41

3.12.

Bao mômen giới hạn sử dụng 1

41

3.13.

Bao lực cắt giới hạn sử dụng 1

42

3.14.

Mặt cắt ngang dầm tại gối

43


xi

Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

3.15.

Mặt bằng bố trí cáp dự ứng lực bản mặt cầu

44

3.16.

Mặt cắt ngang dầm hi đã bố trí cáp ở bản mặt cầu

44

3.17.

Mặt cắt ngang dầm tại gối đã bố trí cáp

46

3.18.

Biểu đồ so sánh nội lực dầm nhịp giản đơn và dầm liên tục
hi chịu các tổ hợp tải hác nhau.

48


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam đang trong trong giai đoạn phát triển, nền inh tế hội nhập với toàn
cầu và ngày càng sâu rộng. Cơ sở hạ tầng ngày một được chú tr ng đầu tư, tuy nhiên
vẫn chưa tương xứng với sự phát triển c a nền inh tế.
Nước ta có hệ thống sông ng i chằng chịt, nhất là các tỉnh miền Tây Nam Bộ
trong đó có tỉnh Trà Vinh, nhu cầu xây dựng cầu để phục vụ đi lại, vận chuyển hàng
hóa là rất lớn. Vì thế trong th i gian tới, hối lượng xây dựng và nâng cấp công trình

cầu mang tính cấp thiết.
Kết cấu nhịp giản đơn được sử dụng há rộng rãi bởi tính cơ giới hoá, dễ vận
chuyển và dễ lắp đặt. Tuy nhiên, nhược điểm c a ết cấu dầm nhịp đơn giản nhiều
nhịp là vị trí các he co giãn, hông chỉ gây sốc xe hi chạy qua, gây hó chịu cho
hành hách và ngư i điều hiển phương tiện giao thông, giảm tốc độ hi lưu thông
qua cầu, tạo lực xung ích lớn tác dụng vào cầu, công tác bảo dưỡng các he co giãn
cũng phức tạp và tốn ém. ể tăng sức chịu tải, tạo sự êm thuận trong lưu thông và
giảm chi phí duy tu sửa chữa các he co giãn, nâng cao hiệu quả hai thác, đồng th i
nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu, nên việc sử dụng sơ đồ dầm liên tục trong đó
mômen dương c a sơ đồ tính toán ết cấu nhịp liên tục hóa nhỏ hơn so với nhịp giản
đơn và có hả năng vượt hẩu độ lớn hơn.
Tăng sức chịu tải hi liên tục hóa ết cấu nhịp so với sơ đồ dầm giản đơn, tận
dụng hiệu quả tính năng cơ lý c a vật liệu bê tông và cốt thép hi đồng th i chịu
mômen âm và mômen dương do tĩnh tải với cùng giá trị, giảm số lượng các he co
giãn dẫn đến giảm giá thành đồng th i giảm sốc cho các phương tiện khi lưu thông qua
cầu, giảm lực hãm c a đoàn xe cho các trụ cầu, giảm phản lực gối cầu do hoạt tải,
giảm biên độ dao động c a các nhịp cầu hi chịu tải tr ng động đã đặt ra yêu cầu cần
tìm giải pháp công nghệ để giải quyết vấn đề này.
Trước vấn đề trên cần đưa ra giải pháp xử lý, việc ứng dụng “Giải pháp liên
tục hóa kết cấu nhịp” vào quá trình xây dựng và nâng cấp cầu là rất cần thiết. Mục
đích làm giảm tối đa các vị trí he co giãn, tăng hả năng chịu tải, đảm bảo mỹ quan,
an toàn ổn định hơn cho công trình cầu, cải thiện hả năng vượt hẩu độ cho dầm giản
đơn là rất thiết thực, vừa có tính hả thi về cơ sở hoa h c, vừa có triển v ng ứng dụng
vào thực tiễn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
ề tài nghiên cứu về một số công nghệ ứng dụng để liên tục hóa ết cấu, lý
thuyết tổng quát, tính toán cụ thể để so sánh giữa nhịp giản đơn và nhịp liên tục.
Chứng minh tính hả thi c a giải pháp liên tục hóa ết cấu nhịp ứng dụng cho ết cấu
nhịp giản đơn dầm bê tông cốt thép dự ứng lực. Làm giảm sốc cho các phương tiện và

2

hành khách hi lưu thông qua cầu, tăng sức chịu tải, từ đó tăng thêm hả năng hai
thác cho công trình cầu.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực, cầu bê tông cốt thép,
cầu bê tông cốt thép dự ứng lực.
Nghiên cứu ết cấu nhịp giản đơn, ết cấu nhịp liên tục hóa cho cầu dầm bê
tông cốt thép dự ứng lực.
Các hình thức cấu tạo, công nghệ xây dựng, lý thuyết tổng quát tính toán c a
việc ứng dụng công nghệ ết cấu nhịp liên tục hóa cho cầu dầm bê tông cốt thép dự
ứng lực.
Tính toán mô hình liên tục hóa cụ thể đối với cầu Ngã Tư, tỉnh Trà Vinh.
4. Phạm vi nghiên cứu
ề tài nghiên cứu cầu dầm bê tông cốt thép, cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng
lực, giải pháp liên tục hóa ết cấu các nhịp.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Khảo sát, thu thập số liệu từ thực địa và hồ sơ công trình.
- Lý thuyết tổng quát để tính toán và phân tích số liệu cho ết cấu nhịp giản
đơn, ết cấu nhịp liên tục.
- Ứng dụng chương trình để tính toán, phân tích số liệu cho ết cấu nhịp.
6. Bố cục luận văn:
Phần Mở Đầu:
Trình bày về tính cấp thiết c a đề tài; Mục tiêu nghiên cứu c a đề tài; ối
tượng nghiên cứu c a đề tài; Phạm vi nghiên cứu c a đề tài; Phương pháp nghiên cứu
và bố cục c a đề tài.
Chƣơng 1: TỔNG QUAN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC VÀ
LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU
1.1. Lịch sử phát triển cầu bê tông cốt thép dự ứng lực trên thế giới và Việt

Nam.
1.2. Tổng quan các giải pháp liên tục hóa ết cấu.
Kết luận chương 1.
Chƣơng 2: CÁC GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP
2.1. Khái niệm liên tục hóa ết cấu nhịp.
2.2. Một số giải pháp liên tục hóa ết cấu nhịp.
2.3. Lý thuyết tổng quát tính toán ết cấu nhịp.
2.4. Trình tự giải pháp liên tục hóa ết cấu nhịp trong thi công.
2.5. Kiểm toán ết cấu nhịp theo các giai đoạn.
Kết luận chương 2.


3

Chƣơng 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP LIÊN TỤC HÓA CHO
CẦU NGÃ TƢ THUỘC TỈNH TRÀ VINH
3.1. Giới thiệu sơ bộ về cầu Ngã Tư.
3.2. Mô hình và các thông số tính toán.
3.3. Tính toán ết cấu nhịp giản đơn cầu Ngã Tư.
3.4. Tính toán liên tục hóa cầu Ngã Tư.
3.5. So sánh nội lực c a cầu dầm nhịp đơn giản và cầu dầm đã liên tục.
Kết luận chương 3.
Kết luận và kiến nghị


4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
VÀ LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC TRÊN
THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1.1. Trên thế giới
Cầu bê tông cốt thép xuất hiện đầu tiên vào những năm 70 c a thế ỷ XIX, sau
hi xi măng được phát minh vào hoảng năm 1825, việc đặt thép vào bê tông xuất
hiện lẻ tẻ vào những năm 1835-1850. Từ năm 1855 trở đi, bê tông cốt thép mới chính
thức ra đ i tại Pháp.
Năm 1875, Joseph Monier đã xây dựng cầu bê tông cốt thép đầu tiên dài
15,24m và rộng 3,96m (Hình 1.1). Kỹ sư ngư i Pháp Francois Hennebique đã phát
triển mặt cắt ngang dạng chữ T. Ông và các công sự c a mình như ỹ sư ngư i Thụy
Sĩ Robert Maillart đã xây dựng một vài cầu v m bê tông cốt thép nổi tiếng ở Châu u.
Những cầu bê tông cốt thép c a Maillart được xem là biểu tượng về thẩm mỹ.

Hình 1.1. Cầu BTCT đầu tiên
Giai đoạn cuối thế ỷ XIX cầu bê tông cốt thép ch yếu là cầu nhịp nhỏ – cầu
bản, dầm v m. Năm 1896 xây dựng cầu v m nhịp 45m.
Giai đoạn đầu thế ỷ XX cầu bê tông cốt thép đã phát triển mạnh mẽ. Ngoài
dạng đơn giản, ngư i ta đã bắt đầu làm cầu liên tục, cầu hung, dầm công xon nhịp
đến 30-40m. Trong giai đoạn này cầu thư ng dùng phương pháp đổ bê tông liền hối
và là bê tông cốt thép thư ng nên nhịp nhỏ.
Th i ỳ đầu trong lịch sử c a bê tông cốt thép, năm 1888 một ngư i Mỹ tên là
P. H Jac son ở San Francisco đã có ý tưởng éo căng sợi thép trong bê tông, ết quả


5

ết cấu sẽ hỏe hơn nhiều so với iểu bê tông cốt thép. Những cuộc thí nghiệm c a
Jac son đã hông bao gi thành công vì do những sợi thép th i ỳ đó hông đ chịu
éo. Năm 1930 Eugène Freyssinet – ngư i Pháp bắt đầu sử dụng sợi thép cư ng độ
cao và đã mở ra một hái niệm mới hác trong ngành xây dựng – bê tông cốt thép ứng

suất trước.
Bê tông cốt thép ứng suất trước ra đ i đầu tiên ở Pháp ngay từ những năm 30
c a thế ỷ XX đến cuối những năm 1940 thì phát triển mạnh, từ những năm 50 xây
dựng những cầu dầm giản đơn sử dụng BTCT ƯST và từ những năm đầu c a thập ỷ
60 h đã sử dụng công nghệ hẫng. Năm 1964 đã xây dựng cầu Orleron dài 2832m gồm
46 nhịp (nhịp chính 79m) bằng phương pháp lắp hẫng, cầu Calix dài 1200m gồm 3
nhịp chính 113+156+113 ở hai b có cầu dẫn nhịp 70m (Hình 1.2).

ình 1.2. Cầu Calix ở háp, bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp chính 156m
Song song với công nghệ lắp hẫng, ở Pháp cũng phát triển nhiều công trình đúc
hẫng (thư ng sử dụng cho các nhịp 80-130m) ví dụ cầu dầm liên tục Gennevilles gồm
phần cầu chính có 5 nhịp đối xứng, cầu treo dây văng Brontonne bắc qua sông Sein có
nhịp chính dài 320m bê tông cốt thép ứng suất trước tiết diện hình hộp. Công nghệ này
cũng được sử dụng ở nhiều nước. Ví dụ: Cầu Beldoif ở ức có L=208m. Ở Nhật có
cầu Hi oshima-Ohashi nhịp 236m, cầu Hamana nhịp 240m. Ở Mỹ có cầu Koror
Babelthuap có nhịp giữa dài 240,7m và tại o cầu Schottwien nhịp giữa dài 250m
(77,75+162,5+250+142,25) xây dựng 1986-1989 (Hình 1.3).

Hình 1.3. Cầu Koror Babelthuap ở Mỹ và cầu Schottwien ở o


6

Trong những năm 30-40 c a thế ỷ XX cầu bê tông cốt thép phát triển mạnh,
xây dựng được những cầu lớn, áp dụng ết cấu lắp ghép, bán lắp ghép trong xây dựng
cầu. Trong th i ỳ này ở Nga đã xây dựng những cầu v m nhịp đến 116m, 120m. Cầu
v m qua ênh đào Mátxcơva nhịp 116m gồm 4 làn đư ng sắt. Cầu v m ở Thụy iển
nhịp 181m, Tây Ban Nha nhịp 205m. Th i ỳ này ở Pháp, ức ngư i ta đã xây dựng
cầu bằng bê tông cốt thép ứng suất trước.
Những năm 50 ở Liên Xô xây dựng cầu nhịp 40-70m. Năm 1952 xây dựng cầu

v m qua sông Dnhep nhịp tới 228m.
Năm 1961 cầu Ablozavodal có 3 nhịp (36,4+148+36,4)m là cầu hung dầm có
hớp L=148m (là cầu hung có nhịp dài thứ 2 sau cầu Medway ở Anh nhịp 152m).
Bê tông cốt thép ứng suất trước được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở
Châu u trong nửa đầu thế ỷ 20, ở Mỹ bắt đầu chậm hơn. Cầu bê tông cốt thép ứng
suất trước lớn đầu tiên được xây dựng ở Mỹ là cầu Walnut Lane ở Philadelphia,
Pennsylvania được xây dựng vào năm 1956.
Ngoài các hệ dầm hung, v m, các hệ liên hợp treo cũng được nghiên cứu áp
dụng, chiếc cầu dây văng có dầm cứng bê tông cốt thép được xây dựng đầu tiên vào
năm 1925 qua sông Tem-pun ở Tây Ban Nha theo sơ đồ (20,1+60,3+20,1)m. Sau đó
vào hoảng những năm 60 c a thế ỉ XX, do ảnh hưởng c a các cầu dây văng dầm
thép được xây dựng ở ức, dầm cứng bê tông cốt thép đã được áp dụng để tham gia
chịu nén. Cầu dây văng hầu như đã được thiết ế thay thế cho các cầu dàn thép trên
đư ng ô tô. Hàng loạt cầu dây văng hiện đại dầm cứng bê tông cốt thép đã được xây
dựng. Năm 1962 xây dựng cầu Ma-ra-cai-bô ở Vênêzuêla có nhịp 235m. Năm 1971
xây dựng cầu qua sông Main ở ức có nhịp chính dài 300m. Năm 1977 cầu Brontonne
ở Pháp, nhịp 320m, một mặt ph ng dây. Năm 1991 cầu Honshu-Shi o u, ở Nhật Bản,
nhịp chính 490m (Hình 1.4), dầm cứng bằng bê tông cốt thép tiết diện hộp.

ình 1.4. Cầu onshu-Shikoku Nhật Bản nhịp chính dài 490m
Ngoài cầu dây văng thuần túy các nhà thiết ế c n áp dụng dầm cứng vào cầu
treo, cầu bê tông cốt thép dự ứng lực ngoài nâng cao trên tháp (Extradose).


7

1.1.2. Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cầu BTCT được xây dựng từ th i Pháp thuộc với các dạng như
cầu dầm hoặc dàn đơn giản, cầu dầm hoặc dàn mút thừa,…được thi công theo phương
pháp đúc tại chỗ. Các ết cấu này thư ng có 2 dầm ch hoặc dàn ch , bản mặt cầu

dầm d c, dầm ngang. Bề rộng đư ng ô tô hoảng 4-5m, và các cầu đư ng sắt đơn
tuyến hổ đư ng 1m, các cầu này có chiều dài nhỏ hơn 20-30m. Một số dạng dầm liên
tục với chiều dài nhịp 30-40m. Cho đến nay sau một th i gian dài sử dụng hoặc do sự
tàn phá qua các th i ỳ chiến tranh nhiều cầu bị phá h y hoặc hư hỏng, xuống cấp phải
thay thế bằng những cầu mới (Cầu Ba Càng – Quốc lộ 1 tỉnh Vĩnh Long, sơ đồ cầu:
14,5+30+14,5m, (Hình 1.5), tuy nhiên hiện nay một số cầu được xây dựng từ th i
Pháp thuộc hiện vẫn c n đang sử dụng như cầu ầu Sấu QL1 Thành phố Cần Thơ, Cái
Xếp hoặc cầu mút thừa có dầm treo như Cầu Cái Bư ng – Quốc lộ 80 ồng Tháp sơ
đồ cầu 10+13,6+10 (m) (nhịp đeo dài 8,7m, công xon dài 2,4m) chiều rộng cầu 5,2m.
Cầu v m mút thừa Tân Lợi.

Hình 1.5. Cầu Ba Càng – Quốc lộ 1 tỉnh Vĩnh Long
Những năm sau háng chiến chống Pháp chúng ta đã xây dựng lại một số cầu
với ết cấu dầm giản đơn lắp ghép tiết diện chữ T, được liên ết ngang bằng mối nối
hàn tại dầm ngang hoặc bản mặt cầu bê tông cốt thép đổ tại chỗ. Kết cấu bê tông cốt
thép sử dụng cho cầu nhịp nhỏ như cầu bản hay cầu dầm với nhịp dưới 22m. Khi ết
cấu bê tông cốt thép ƯST phát triển chúng ta đã ứng dụng thiết ế xây dựng cầu Ph
Lỗ (Hà Nội) nhịp 18m. ến những năm đầu thập ỷ 70 đã thiết ế và xây dựng các
cầu bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp 24m, 33m (cầu Thăng Long, Hà Nội).
Tại miền Nam trước 1975, xây dựng rất nhiều cầu bê tông cốt thép ứng suất
trước sử dụng ch yếu là ết cấu nhịp 24,7m; 24,54m (bán lắp ghép); dầm bụng cá:
12,5m; 15,6m; 18,6m; 21,6m…Các ết cấu nhịp này ch yếu được chế tạo tại nhà máy
bê tông Châu Thới.


8

Sau này 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 hung dầm nhịp 63m (cánh T dài
39m, dầm treo dài 24m). Sau sự cố cầu Rào, cầu Bo Thái Bình thi công bằng phương

pháp đúc hẫng (cánh T dài 28m, dầm treo dài 33m).
ặc biệt trong những năm gần đây đã áp dụng những công nghệ tiên tiến trong
việc thi công cầu bê tông cốt thép ứng suất trước, ví dụ công nghệ đúc hẫng có:
+ Cầu Phú Lương tại thành phố Hải Dương, tỉnh Hải Dương nằm trên QL5 dài
490,7m (2×37,4+64,75+2×102+64,75+2×37,4);
+ Cầu Sông Gianh – Quốc lộ 1 tỉnh Quảng Bình dài 746,4m (37,4 +58 + 90,6
+3×120+90,6+58+37,4) (Hình 1.6).

ình 1.6. Cầu Sông Gianh
+ Cầu uống (Cầu Phù ổng) – Quốc lộ 1 (mới) tuyến Hà Nội – Lạng Sơn
huyện Gia Lâm – Hà Nội dài 929m sơ đồ cầu: 65+7x100+65+3 33 (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 sư n) chiều cao thay đổi từ 6m (trên trụ) và 2,5m (giữa nhịp). Mặt cầu sử dụng
bê tông cốt thép ứng suất trước. Gối cầu sử dụng loại semi-fixed (bán cố định) trên các
trụ P3, P4, P5, P6 hoàn thành tháng 12 năm 2000.
+ Cầu áp (Cầu Như Nguyệt) Quốc lộ 1 (mới) tuyến Hà Nội Lạng Sơn – Thị xã
Bắc Ninh – Tỉnh Bắc Ninh dài 428m, sơ đồ cầu: 4 33+65+100+65 +2 33 (m); mặt cắt
ngang tương tự như cầu uống, hoàn thành tháng 12 năm 2000.
+ Cầu Hoàng Long (Hàm Rồng) Quốc lộ 1, qua sông Mã – tỉnh Thanh Hóa nhịp
chính là cầu hung dầm liên tục 3 nhịp sơ đồ: 75+130+75 (m) chiều cao dầm thay đổi
từ 7,5m (trên trụ) và 2,75m (trên mố); chiều rộng toàn cầu 12,8m. Và một nhịp giản
đơn dài 49,4m, tiết diện hình hộp có chiều cao hông thay đổi (2,75m).
+ Ngoài ra c n có một số cầu lớn hác: 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+55+45 (m).


9

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).
Hiện nay chúng ta đã thi công xong một số cầu đặc biệt lớn như: Cầu Mỹ Thuận
(Vĩnh Long) là cầu dây văng dầm cứng bê tông cốt thép có nhịp chính 350m, Cầu
Kiền (Hải Ph ng) cầu dây văng nhịp chính 200m, Cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh) cầu
dây văng một mặt ph ng dây ỷ lục thế giới về chiều dài nhịp chính 435m. Cầu Thuận
Phước ( à N ng) cầu treo dây võng nhịp 125+405+125 m (Hình 1.7).

Hình 1.7. Cầu Thuận hước Đà Nẵng
Cầu dây văng Cần Thơ (Hình 1.8) bắc qua sông Hậu có chiều dài nhịp chính dài
550m lớn nhất Việt Nam ở th i điểm hiện tại.

Hình 1.8. Cầu Cần Thơ nhịp chính dài 550m
Ngoài việc xây dựng các cầu vượt sông, một trong những vấn đề đang được
quan tâm hiện nay là việc thiết ế và thi công các công trình cầu trong thành phố. Ch
trương này nếu được thực hiện sẽ làm giảm đáng ể hiện tượng ùn tắc giao thông ở
th i điểm hiện tại và trong tương lai.


10

1.2. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU
Hiện nay cầu bê tông cốt thép ết cấu giản đơn đang được sử dụng rộng rãi trên
thế giới cũng như Việt Nam nói chung và địa bàn tỉnh Trà Vinh nói riêng. Vì cầu bê
tông cốt thép ết cấu giản đơn có nhiều tính năng ưu việt như thi công đơn giản, dễ lắp
đặt, mang tính cơ giới cao, đã được tiêu chuẩn hóa và đặt biệt phù hợp với năng lực
c a phần lớn các nhà thầu hiện nay. Tuy nhiên, việc sử dụng ết cấu giản đơn tồn tại
nhiều nhược điểm làm giảm tính năng hai thác c a công trình cầu. Có thể ể đến là
hả năng vượt nhịp, cầu tồn tại nhiều he co giãn, đư ng đàn hồi hông liên tục hiến
cho xe lưu thông qua cầu hông êm thuận và xuất hiện lực xung ích, tốn ém cho

công tác duy tu, bảo dưỡng,... Trong hi đó, giải pháp liên tục hóa ết cấu nhịp sẽ hắc
phục đáng ể những nhược điểm c a ết cấu nhịp giản đơn. Vì vậy, hiện nay công
nghệ LTH ết cấu nhịp đang bắt đầu được sử dụng rộng rãi để nâng cao hiệu quả hai
thác c a công trình cầu, như giảm tối đa các he co giãn, tăng hả năng chịu tải, đảm
bảo mỹ quan, an toàn ổn định hơn cho công trình cầu, cải thiện hả năng vượt hẩu
độ, lưu thông qua cầu êm thuận,...
1.2.1. Ƣu điểm
Giải pháp liên tục hóa ết cấu nhịp có được những ưu điểm như:
- Làm việc với sơ đồ liên tục thuần túy cho nên giải pháp liên tục nhịp sẽ làm
giảm được số lượng he co giãn, tạo điều iện cho phương tiện đi lại giảm xung ích
và làm giảm chi phí bảo dưỡng các he co giãn trên cầu.
- Sơ đồ làm việc liên tục có đư ng đàn hồi liên tục. Vì vậy, phương tiện di
chuyển trên cầu có cảm giác êm thuận hơn so với hi di chuyển trên cầu có ết cấu
giản đơn.
- Sau hi liên tục hóa ết cấu nhịp sẽ làm giảm đáng ể mômen dương ở giữa
nhịp, tăng hả năng chịu tải c a công trình cầu.
- Nếu mối nối các nhịp giản đơn thành nhịp liên tục xuất hiện mômen âm (-)
làm giảm trị số tuyệt đối c a mômen dương (+) tại mặt cắt giữa nhịp làm giảm ích
thước và vật liệu ết cấu tạo hả năng vượt nhịp lớn hơn.
- Khi liên tục hóa sẽ làm giảm ích thước mũ trụ do chỉ bố trí một gối trụ cầu
dầm liên tục chỉ chịu tải tr ng th ng đứng tác dụng đúng tâm và làm giảm mômen uốn
lệch tâm, tiết iệm được ích thước thân trụ và nền móng.
- Do sự phân phối tải tr ng giữa các nhịp ề nhau mà mômen do hoạt tải ết
cấu liên tục giảm 20% so với ết cấu giản đơn có cùng chiều dài nhịp.
1.2.2. Phạm vi ứng dụng
Công nghệ liên tục hóa dầm cầu đơn giản đã được ứng dụng từ rất sớm ở các
nước phát triển trên thế giới, trong những năm gần đây cũng áp dụng há nhiều tại
Việt Nam.
1.2.2.1. Trên thế giới
Tại Mỹ, ết cấu bản liên tục nhiệt được sử dụng hông chỉ cho các cầu xây

11

mới mà c n áp dụng để thay thế các he co giãn đã bị hư hỏng c a các cầu hiện hữu
có yêu cầu cải tạo, nâng cấp. Từ những năm 2000 và sau đó đã có nhiều nghiên cứu
và công trình cầu được ứng dụng xây dựng như, cầu US 90 vượt sông Pascagoula
(Hình 1.9), cầu SR 10 vượt sông Escambia, cầu Firestone Boulevard vượt sông Los
Angeles...

Hình 1.9. Cầu US 90 ở oa Kỳ
Tại Hàn quốc đã thực hiện việc nối liên tục hóa bằng phương pháp căng cáp
dự ứng lực nối xuyên qua các dầm ch trong cùng một liên ết tạo thành ết cấu
nhịp liên tục hóa hoàn toàn. Dầm ch thư ng được chế tạo s n trong nhà má y theo
phương pháp căng sau.
Ở Úc tồn tại hai dạng nối liên tục nhiệt. Một là dùng giải pháp nối bản mặt
cầu giống giải pháp đã thực hiện ở cầu Mỹ Thuận. Hai là, nối liên tục trên dầm
ngang.
Ở ức và Nga, giải pháp đặt ra ch yếu là nối bản liên tục nhiệt và chỉ có ết
cấu bản mặt cầu chịu toàn bộ nội lực phát sinh do hoạt tải và tĩnh tải giai đoạn hai
cùng tác động hác như co ngót, từ biến, thay đổi nhiệt độ.
1.2.2.2. Tại Việt Nam
Kết cấu nhịp liên tục nhiệt được áp dụng đầu tiên cho mặt cầu dẫn đư ng ôtô
cầu Thăng Long dưới sự trợ giúp kỹ thuật c a các chuyên gia Liên Xô trước đây.
Một số cầu nằm trên quốc lộ 18 như cầu Cầm, cầu cạn nhà ga sân bay Quốc tế
Nội Bài, cầu Gián Khẩu (Hình 1.10), cầu Mai Pha, Chi Lăng trên quốc lộ 1A, cầu Tân
ệ trên Quốc lộ 10 bắc qua Sông Hồng nối giữa hai tỉnh Nam ịnh và Thái Bình, cầu
Quý Cao…
Một số cầu ở Thành phố Hồ Chí Minh như Cầu Long Kiểng nằm trên Hương
lộ 34 huyện Nhà Bè và một số cầu nằm trên Quốc lộ 1A như cầu An Lập, cầu Bình

Thuận,…
Một số công trình cầu giàn thép cũng sử dụng bản liên tục nhiệt như cầu
Chương Dương bắc qua Sông Hồng ở Hà Nội, cầu Bến Thuỷ bắc qua sông Lam.
Cầu Hoà Xuân được đầu tư xây dựng mới nằm trên tuyến đư ng nối từ đư ng


12

Cách mạng Tháng Tám đến đư ng ven sông Tuyên Sơn – Tuý Loan (giao tại vị trí
đư ng T18) bắc qua sông Cẩm Lệ thuộc địa phận phư ng Hoà Cư ng Bắc quận Hải
Châu và phư ng Hoà Xuân quận Cẩm Lệ, thành phố à N ng, Cầu Hùng Vương ở
Phú Yên,...

ình 1.10. Cầu Gián Khẩu ở tỉnh Ninh Bình
Tổng ết các cầu đã sử dụng bằng bản liên tục nhiệt cho đến nay chất lượng rất
tốt, nổi bật nhất như ở phần nhịp dẫn cầu Thăng Long.
Kết luận Chƣơng 1
Với sự phát triển c a hoa h c và công nghệ, cùng với nhu cầu đầu tư và sửa
chữa các cầu ngày càng lớn, nên việc sử dụng bê tông cốt thép dự ứng lực cho các
công trình cầu ngày càng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ. Với những ưu điểm c a bê
tông cốt thép dự ứng lực dần được ứng dụng cho giải pháp liên tục hóa ết cấu nhịp
bởi những lợi thế hơn h n so với nhịp giản đơn. Một số giải pháp liên tục hóa ết cấu
nhịp sẽ được trình bày trong chương 2.