Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chương 04

chơng thứ t
Cấu tạo v kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông

Tiết thứ nhất
Các loại hình chủ yếu của cầu vòm
ống thép nhồi bê tông(1)-(3)

Từ sự phân tích ở chơng 3 cho thấy, từ thập niên 30, hai cầu vòm ống thép
nhồi bê tông đã đợc xây dựng ở Liên Xô cũ, cho tới năm 1990 ở Trung Quốc mới
xây dựng cầu Uông Mãng, trong khoảng giữa năm 50, 60 hầu nh ở vo trạng thái
đình đốn. ở Trung Quốc thực chất phát triển l từ thập niên 90. Qua 10 năm phát
triển, đã xây dựng v đang xây dựng đợc hơn 80 cầu vòm ống thép nhồi bê tông.
Nó đợc coi l loại vật liệu mới, hầu nh đã áp dụng trong các dạng cầu vòm. Để
thuận tiện cho việc phân loại, có thể phân theo các hình thức khác nhau.
Nh tiết 2 chơng 3 đã nêu, căn cứ vo tác dụng chủ yếu của ống thép trong
các giai đoạn sử dụng kết cấu v giai đoạn thi công để phân loại, có thể phân ra
cầu vòm ống thép nhồi bê tông v cầu vòm cốt cứng ống thép nhồi bê tông hay cầu
vòm ống thép nhồi bê tông bên trong v cầu vòm ống thép nhồi bê tông bên trong,
bên ngoi bọc. Cầu vòm cốt cứng ống thép nhồi bê tông, có lúc còn gọi l cầu vòm
bê tông cốt thép. Cuốn sách ny dùng nghĩa rộng của phạm vi cầu vòm ống thép
nhồi bê tông, trình by về loại cầu vòm ny, chủ yếu đối với bộ phận cốt cứng ống
thép nhồi bê tông.
Vnh vòm chủ của cầu vòm ống thép nhồi bê tông, chủ yếu có các hình thức
sờn đặc v dn hoa. Sờn đặc còn có thể chia ra một ống, hai ống hình số 8. Kiểu
dn hoa còn có thể phân ra dn hoa hình số 8 nằm ngang, dn hoa nhiều nhánh,
dn hoa hỗn hợp v bó ống tập trung. Cầu vòm bê tông cốt thép cốt cứng ống thép
nhồi bê tông sờn vòm chủ có các dạng sờn hộp, vòm hộp v vòm bản.
Cầu vòm ống thép nhồi bê tông về hình thức chịu tải có vòm chạy trên, vòm
chạy giữa v vòm chạy dới. Cần chỉ ra rằng cầu vòm chạy giữa v chạy dới trớc
kia thờng xuất hiện cầu vòm thép, cầu vòm bê tông cốt thép do bị hạn chế bởi
năng lực thanh treo, nên áp dụng kết cấu chạy giữa v chạy dới tơng đối ít. áp

dụng ống thép nhồi bê tông, lm cho trọng lợng treo giảm nhẹ rất nhiều, cho nên
hình thức chạy giữa, chạy dới sử dụng tơng đối nhiều. Trong số hơn 80 cầu đã
v đang xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông, có rất ít cầu vòm chạy trên m
phần lớn l chạy giữa v chạy dới.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 157 -


Cầu vòm chạy trên có chiều cao kiến trúc lớn, yêu cầu về nền móng cao
thích hợp với cầu ở các khe núi. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy trên có sờn
vòm đặc, vòm dn hoa, vòm hộp, cầu vòm khung v vòm khung dn hoa. Sờn
vòm đặc chạy trên thờng dùng hình thức nhiều sờn vòm (nhiều hơn 2 sờn) để
tiết kiệm vật liệu, thi công dễ dng. Cấu tạo của vòm chạy trên, liên kết hớng
ngang dễ, hệ mặt cầu kê trên cột đứng, tính ton khối, tính ổn định ngang v tính
chống rung đều rất tốt. Tiết 3 chơng 3 cầu Hong Bá H Tam Hiệp Hồ Bắc v cầu
Hạ Lao Câu l cầu vòm chạy trên.
Cầu vòm chạy dới nói chung đều có thanh kéo (cầu vòm dầm mềm) l kết
cấu không có lực đẩy hay lực đẩy rất nhỏ. Nó chủ yếu dùng khi chiều cao kiến trúc
bị hạn chế, yêu cầu thông thuyền cao v khi tình hình nền móng yếu. ở vùng đồng
bằng v cầu vợt dùng nhiều. Mặt cắt cầu vòm chạy dới chỉ có thể l sờn vòm,
nếu khẩu độ vòm nhỏ, có thể dùng một ống thép. Khoảng 100m thì dùng mặt cắt
hình số 8, khẩu độ lớn hơn nữa thì dùng sờn dn hay sờn hộp.

Hình 4-1 : Cầu vòm cứng dầm mềm chạy dới
Theo phơng thức quan hệ kết cấu, phần trên v dới, cầu vòm có thanh kéo
còn có thể phân thnh hai loại. Một loại l bộ phận trên v dới liên kết cứng,
thanh kéo không cùng với hệ mặt cầu tham gia chịu lực, chỉ đơn thuần chịu kéo,

gọi l cầu vòm khung dầm mềm. Xem hình 4-1a. Một loại khác l kết cấu phần
trên kê giản đơn trên mố trụ cầu (hình 4-1b). Thông thờng thanh kéo l dầm dọc,
l kết cấu kéo uốn, cho nên đó l hệ dầm vòm tổ hợp. ở trờng hợp thứ nhất, do
vòm v trụ cầu ngm cứng, giống nh l vòm không chốt cố định, dùng phơng
pháp thi công không có giá vòm, tính ổn định ngang rất tốt, nhng l kết cấu siêu
tĩnh bậc cao, nội lực do hoạt tải v nội lực thứ cấp có ảnh hởng lớn đến kết cấu
phần dới. áp dụng loại ny tơng đối nhiều nh cầu Uông Mãng, cầu Thiện
Hng Kha, cầu Nam Hải Phật Trần.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 158 -


Kiểu thứ hai kết cấu chịu lực rõ rng, l kết cấu nội siêu tĩnh ngoại tĩnh
định, kết cấu phần dới giống nh cầu dầm, nhng xử lý tiết điểm v điều chỉnh
kéo căng thanh kéo có khó khăn. Cấu tạo gối cầu phức tạp, thi công phải dùng một
số dn giáo hay chở nổi cả cầu. Chủ yếu áp dụng ở vùng Giang Nam có sông ngòi
chằng chịt. Nh cầu Tân An Bắc Vô Tích Giang Tô, cầu Hong Viên Nghĩa đảo
Triết Giang.
Cầu vòm chạy dới thờng dùng l cầu một nhịp. Khi phải lm nhiều nhịp,
các nhịp biên nói chung dùng cầu kiểu dn, kết cấu cầu vòm nhiều nhịp sử lý cấu
tạo v thanh kéo có nhiều khó khăn. Cầu Giải Phóng ở Quảng Châu l cầu vòm
ống thép nhồi bê tông. Cầu khung dầm vòm nhiều nhịp chạy dới có khẩu độ khác
nhau. Cầu bố trí theo sơ đồ (55m + 86.3m + 55m).

Hình 4-2 : Cầu vòm chạy giữa
Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy dới thờng dùng thanh kéo mềm v
thanh treo mềm, chủ yếu l dùng thanh chống ngang để liên kết hai sờn thnh

ton khối cho nên có thanh chống ngang nhiều, độ cứng lớn, thậm chí còn dùng
một loạt thanh chống kiểu chữ K, nh cầu Phật Trần Nam Hải. Nếu muốn bỏ thanh
chống gió thì phải đổi dùng dầm cứng hay tăng độ cứng của sờn vòm. Cầu Hong
Viên Ninh Ba v cầu Giải Phóng ở Quảng Châu đều l cầu vòm chạy dới không
có thanh chống gió, cầu thứ nhất l kết cấu tổ hợp dầm cứng vòm cứng. Cầu thứ
hai dạng dầm cứng vòm mềm.
Về cấu tạo cầu vòm chạy giữa l trung gian cầu vòm chạy trên v cầu vòm
chạy dới, về kiến trúc tạo hình rất đẹp, cầu thnh phố thờng đợc ca ngợi, nhng
trớc kia kiến tạo bằng bê tông cốt thép thì quá thô kệch. Cầu vòm ống thép nhồi
bê tông chạy giữa, mấy năm gần đây đợc dùng nhiều cho cầu thnh phố, đã v
đang xây dựng tới hơn 10 cầu. Ti liệu(3) giới thiệu một số cầu thnh phố dùng kết
cấu ống thép nhồi bê tông đều l cầu vòm chạy giữa.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 159 -


Cầu vòm chạy giữa thờng ở nhịp chính dùng khẩu độ lớn, các nhịp biên
phối hợp với vòm chạy trên dùng khẩu độ nhỏ, nói chung không dùng dầm mềm,
thờng thông qua nhịp biên khẩu độ nhỏ dùng tỷ lệ đờng tên nhỏ v tỷ lệ tập
trung tĩnh tải lớn (nh cầu vòm bản, cầu vòm sờn, cầu vòm khung bê tông cốt
thép). Để giải quyết vấn đề khẩu độ không cân bằng, xem hình 4-2a. Xử lý nh
vậy tơng đối kinh tế, m về tạo hình tổng thể thì nhịp chính chạy giữa ở sông rộng
nhìn đợc bao quát, không tạo ra cảm giác lẫn với kiến trúc chen chúc ở bờ sông,
v do có nhịp biên bổ trợ lm cho có vẻ hùng tráng, khi xe ra vo cầu có cảm giác
qua cổng cho, luôn trở thnh biểu tợng của cầu thnh phố. Có trờng hợp do hạn
chế bởi chiều cao kiến trúc hay các nguyên nhân khác, nhịp biên cũng dùng vòm
chạy giữa, xem hình 4-2b, nh cầu Vọng Giang Tân An Giang Triết Giang v cầu

Lam Câu Tiên Du Phúc Kiến, do tỷ lệ chiều di nhịp bố trí thích hợp, cho nên mặt
đứng đẹp, nhng hớng ngang cầu khó xử lý, rất dễ gây ra cảm giác hỗn loạn.
Cầu vòm chạy giữa để giảm bớt lực đẩy nằm ngang lm ảnh hởng bất lợi
cho mố trụ cầu, có thể thiết kế dầm mềm cân bằng lực đẩy nằm ngang, vòm không
có lực đẩy ngang có nửa nhịp hẫng (căn cứ vo hình dạng còn gọi l cầu ngỗng bay
hay cầu nhạn bay). Nó giống nh cầu vòm chạy dới có khả năng l cầu vòm cứng
dầm mềm có nhịp hẫng (xem hình 4-3a) v cầu vòm dầm tổ hợp liên tục (xem hình
4-3b). Cầu vòm ống thép nhồi bê tông trong sử dụng đều l vòm cứng dầm mềm có
đem nhịp hẫng, nh cầu Tam Sơn Tây Quảng Đông, cầu Liên Thao Tam Hiệp Hồ
Bắc, công trình cải tạo Kim Cơng H Thiên Tân hơn thế còn có xu hớng ngy
một nhiều.

Hình 4-3 : Cầu vòm chạy giữa không có lực đẩy ngang
Khẩu độ cầu cũng không ngừng tăng (xem tiết 3 của chơng ny) .
Cầu vòm chạy giữa có một bộ phận kết cấu chủ yếu ở phía trên hệ mặt cầu,
cho nên hình thức mặt cắt cầu vòm chính về cơ bản giống nh cầu vòm chạy dới,
thờng có dạng sờn v dạng dn hoa. Khẩu độ cầu tới 120m có thể dùng mặt cắt
hình số 8, to hơn có thể dùng dn hoa, cũng có thể dùng sờn hộp.
Đối với sờn vòm chạy giữa, chạy dới, căn cứ vo tình hình hệ liên kết
ngang lại có thể chia thnh hai loại có thanh chống gió v không có thanh chống

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 160 -


gió. Kết cấu không có thanh chống gió, cần phải tăng cờng độ cứng hớng ngang
của một sờn. Có thanh chống gió lại có thể phân thnh cầu vòm có sờn song
song v vòm sờn nghiêng. Đối với cầu vòm có tỷ lệ chiều di chiều rộng lớn, để

tăng cờng tính ổn định ngang, nghiêng hai sờn vòm vo phía trong hình thnh
vòm sờn nghiêng.
Căn cứ vo quan hệ sờn vòm chủ v kết cấu trên vòm, ngoi một số cầu
vòm nói chung, kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông còn dùng cầu vòm dn hoa
v cầu vòm khung.

Hình 4-4 : Mặt chính cầu vòm Chơng Thụ Linh v
hệ thống xoay (đơn vị : mm)
Trong cầu vòm dn hoa ống thép nhồi bê tông do các cấu kiện có thể hn
nối thnh hình vòm rồi mới nhồi bê tông, cho nên công nghệ thi công đơn giản v
thuận tiện. Loại cầu ny có một cầu, đó l cầu Chơng Thụ Linh Cao An Giang
Tây xây dựng năm 1992. Cầu ny có khẩu độ tĩnh 70m, thanh mạ dới dùng cấu
kiện ống thép đờng kính 300x10mm, thi công theo phơng pháp xoay. Kết cấu
cầu v hệ thống xoay xem hình 4-4.
ống thép nhồi bê tông áp dụng vo cầu vòm khung chỉ có một thí dụ l cầu
Thái Bạch Giang Tây, chi tiết xem tiết 4 chơng ba đã giới thiệu.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 161 -


tiết thứ 2
cấu tạo sờn vòm chủ

I. Sờn vòm một ống thép nhồi bê tông
Cầu vòm ống thép nhồi bê tông, sờn vòm đặc số lợng dùng nhiều nhất,
khẩu độ cầu không quá lớn, sờn vòm có thể dùng một ống thép. Mặt cắt một ống
thép có hình tròn, hình ê líp (hình 4-5).

a. Cầu Quần ích Phúc An Phúc Châu

b. Cầu Hong Viên Nghĩa
Mã Triết Giang

c. Mặt cắt sờn vòm cầu Tân Đờng
d. Mặt cắt sờn vòm cầu Tây Thi
Phúc Châu
Chủ Y Triết Giang
Hình 4-5 : Mặt cắt một ống thép (đơn vị : mm)
Gia công ống thép tròn đơn giản, tính chống xoắn tốt, do có tác dụng của lực
bó chặt nên tính năng chịu lực hớng trục thể hiện tính u việt, nhng chống uốn
kém, chủ yếu dùng cho nhịp cầu vòm có khẩu độ không lớn (80m trở xuống) trong
cầu thnh phố v cầu ngời đi, tờng ống thép dầy hm lợng thép trên mặt cắt
cao, nói chung có thể tới 8%.
Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chỉ dùng một ống tròn có cầu Tân An Bắc
Vô Tích Giang Tô, cầu Quần ích Phúc An, cầu Dẫn Giang H Tần Châu Giang
Tô... Trong đó cầu Dẫn Giang H Tần Châu Giang Tô có khẩu độ lớn nhất (80m).

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 162 -


ở nớc ngoi cũng đã xây dựng cầu vòm ống thép một ống tròn. Khẩu độ
không nhỏ nh cầu ở Pháp, cầu chạy dới khẩu độ 220m, không có thanh chống
gió sờn vòm, nhịp chính dùng hai ống thép đờng kính 2000mm, tổ hợp thnh
mặt cắt hình số 8 hớng ngang. Cầu Tùng Đảo ở Nhật Bản l cầu vòm ống chạy

trên khẩu độ 126m, đờng kính ống 1800mm. Qua đó cho thấy cầu vòm ống
thép nhồi bê tông mặt cắt một ống tròn khẩu độ còn có thể tăng cao, nhng phải
dùng cầu dầm vòm tổ hợp để giảm nhỏ trị số mô men uốn cho sờn vòm.
Sờn vòm một ống ngoi việc thờng dùng ống tròn, ở vùng Triết Giang
phần nhiều dùng mặt cắt đầu tròn. Mặt cắt đầu tròn có mô men quán tính hớng
ngang lớn, chủ yếu dùng cho cầu vòm không có thanh chống gió.
Cầu Hong Viên, Nghĩa Đảo Triết Giang có khẩu độ tĩnh 80m, cầu rộng
29m, mặt cắt sờn vòm l hai nửa hình tròn mép trên dới tiếp tuyến, xem hình 45b. ở Triết Giang còn một cầu vòm ống thép nhồi bê tông mặt cắt đầu tròn. Cầu
Tân Đờng Hng Châu, đầu tròn l một đoạn cung tròn, m phía trên dới không
phải l đờng tiếp tuyến, hình 4-5c. Cũng còn có đầu tròn đặt đứng thnh sờn
vòm, nh cầu Tây Thi, Chủ Y Triết Giang, hình 4-5d.
Mặt cắt đầu tròn cần tăng cờng độ cứng chống uốn theo phơng của đầu
tròn, thi công đơn giản, đồng thời còn tạo hình sờn vòm thêm thay đổi, nhng lực
bó lõi bê tông của ống thép so với ống thép nhồi bê tông nhỏ đi rất nhiều. Trớc
mắt thiết kế loại kết cấu ny thờng không xét tác dụng lực bó chặt của ống thép
đối với bê tông, m chỉ coi l kết cấu bê tông cốt thép để tính toán thiết kế, cho nên
hm lợng thép tơng đối cao. Chỉ dùng cho cầu thnh phố khẩu độ nhỏ.
Năm 1995, xây dựng cầu Trung Sơn Nhị ở Quảng Đông l cầu vòm ống thép
nhồi bê tông có thanh kéo chạy giữa bố trí theo sơ đồ 41 + 125 + 41, không có
thanh chống gió. Sờn vòm chủ l hộp 3 ngăn (xem hình 4-6). Hai hộp bên nhồi bê
tông M30. Hai hộp bên nhồi đầy bê tông chủ yếu để tăng cờng độ cứng của sờn
vòm v tính ổn định của thnh hộp, thực chất có thể coi l kết cấu ống thép nhồi bê
tông hình vuông(4).

Sờn nhịp biên
Sờn nhịp giữa
Hình 4-6 : Mặt cắt sờn vòm ống thép nhồi bê tông hình vuông

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 163 -


Mặt cắt chân vòm
Mặt cắt đỉnh vòm
Mặt cắt sờn vòm cầu Khẩu Nga Giang Hiệp Môn
Hình 4-7 : Mặt cắt sờn vòm bó ống thép nhồi bê tông
Ngoi ra, ngời ta đã xây đợc hai cầu sử dụng loại bó ống thép nhồi bê
tông. Cầu Khẩu Nga Giang Hiệp Môn huyện Vũ Lăng Tứ Xuyên v cầu Thạch
Lơng H Bạch Mã. Năm 1996 xây dựng xong cầu Khẩu Nga Giang, Hiệp Môn
huyện Vũ Lăng Tứ Xuyên(5). Dùng bó ống thép nhồi bê tông l cầu vòm chạy giữa,
khẩu độ 140m, tỷ lệ đờng tên f/L = 1/4, mặt cắt vnh vòm xem hình 4-7. ống
thép ở giữa tại chân vòm có đờng kính 140cm đến đỉnh vòm thì không còn. Bỏ
ống thép cách một đoạn lại dùng đai buộc bằng thép. Ngời thiết kế cho rằng ống
thép tròn có đặc tính phát huy vật liệu ống thép nhồi bê tông nhiều nhất, m không
dùng mặt cắt hình số 8 hay kiểu dn hoa. Loại mặt cắt tròn lợng gia công ít, vật
liệu dùng nhiều hơn kiểu dn hoa, tính năng chịu lực có thực tế v có lý luận chứng
minh.
II. Sờn vòm ống thép nhồi bê tông hình số 8 :
Sờn cầu vòm đại đa số đều dùng mặt cắt hình số 8 (xem hình 4-8). ở tiết 3
chơng 3 đã nêu thí dụ cầu Uông Mãng, cầu Tân An Giang v cả cầu Hong Bá H
trên đờng ô tô ở ngoi đập Tam Hiệp v.v... đều dùng loại mặt cắt ny. Khẩu độ
cầu từ mấy chục mét tới 160m, nhiều nhất l khoảng 100m. Từ bảng 3-4 ta thấy
sờn vòm ống thép nhồi bê tông mặt cắt hình số 8, đờng kính ống thép thờng từ
45cm đến 150cm, nhiều nhất l từ 75cm đến 90cm l nhiều nhất (D/L khoảng 1/60
~ 1/150) (D l đờng kính ống, L l khẩu độ tĩnh). Chiều cao H từ 120cm đến
270cm phần nhiều từ 180cm đến 200cm. H/L = 1/30 ~ 1/60 ; D/H = 1/2.11 đến
1/2.67. D/H = 1/2.5 l nhiều. Bề dầy bản thép từ 8mm đến 16mm, dùng nhiều nhất
l 10mm (16mm dùng cho mặt cắt thay đổi ở chân vòm). D/L v H/L nói chung

giảm dần khi khẩu độ tăng.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 164 -


Mặt cắt hình số 8 so với mặt cắt hình tròn có độ cứng chống uốn lớn, giống
nh mặt cắt hình chữ I, nhng do tỷ số đờng kính của hai ống tròn với chiều cao
H ở vo khoảng 1/2.5 nên không thể coi l ống thép nhồi bê tông có mặt cắt kiểu
khung. Bê tông ở bản bụng chịu tác dụng ép ngang của bản thép, tính chất cơ lý
phức tạp, cha đợc nghiên cứu, nếu dùng lý luận tính toán ống thép nhồi bê tông
thì rất phức tạp cho tính toán. Do lý luận thiết kế cầu vòm ống thép nhồi bê tông
còn lạc hậu, phơng pháp thiết kế hiện hnh coi l kết cấu bê tông cốt thép lm
cho mâu thuẫn không nổi bật. Hơn nữa xét thấy bê tông ở vùng bản bụng ở gần
trục trung hòa trong tính toán thiết kế thờng bỏ qua, m chỉ xét đến trọng lợng.
Đối với mặt cắt hình số 8, thí nghiệm mô hình có nhồi bê tông vo bản bụng cho
thấy, khi không nhồi bê tông vo bản bụng dới tác dụng của tải trọng bằng nhau
thì chuyển vị của sờn vòm về cơ bản thống nhất với biến vị của sờn vòm có nhồi
bê tông vo bản bụng, nhng bản kẹp chịu cắt thì có nhồi bê tông tăng gấp đôi(6).
Bê tông ở trong bản kẹp chủ yếu chống mất ổn định cục bộ của bản thép kẹp v
lm tăng năng lực chống cắt cho mặt cắt.

Hình 4-8 : Mặt cắt hình số 8

Hình 4-9 : Mặt cắt vnh vòm cầu
Ngõa Đô Giang Tây

Trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông, khẩu độ vòm chạy trên lớn nhất l

cầu Hong Bá Hòa trên đờng bộ, ngoi vùng đập Tam Hiệp v cầu Hạ Lao Câu
(xem thí dụ tiết 3 chơng 3). Khẩu độ vòm chạy giữa lớn nhất l cầu Ngõa Đô thị
trấn Đức Cảnh Giang Tô(7). Khẩu độ vòm chạy dới lớn nhất l cầu ảnh Hồng
Thiên Tân.
Cầu Ngõa Đô Cảnh Đức Giang Tây ton di 260m, ln xe cơ giới 14m, ln
ngời đi 2x2m, bề rộng ton cầu 21m (bao gồm cả mặt phẳng vnh vòm).
Nhịp chính l cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy giữa, khẩu độ tĩnh 150m.
Tỷ lệ đờng tên 1/5. Cầu Ngõa Đô có hai sờn vòm. Mỗi sờn vòm có hai ống
thép đờng kính 1000mm, dầy 14mm v bản hẹp tổ thnh mặt cắt hình số 8 cao
2,5m (xem hình 4-9). Tỷ lệ chiều cao v khẩu độ chỉ có 1/60. Các cầu vòm ống

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 165 -


thép nhồi bê tông mặt cắt hình số 8 tỷ lệ ny l nhỏ nhất trong các cầu đã xây
dựng.
Cầu ảnh Hồng Thiên Tân ở khu vực kinh tế mở của Thiên Tân l cầu vòm
ống thép nhồi bê tông có thanh kéo chạy dới, khẩu độ 160m, đờng tên 32m,
đờng tim vòm l đờng dây xích. Ln xe cơ giới rộng 2x8,5m. Ton cầu rộng
29m. Hai sờn vòm có đờng kính 1500mm, dầy 16mm v bản kẹp tổ hợp thnh
mặt cắt hình số 8 cao 3,75m. Với các cầu đã xây dựng thì đây l cầu vòm ống thép
nhồi bê tông có đờng kính ống thép lớn nhất. Cầu ảnh Hồng Thiên Tân sau khi
xây dựng xong xem hình 4-10.

Hình 4-10 : Cầu ảnh Hồng Thiên Tân
Đặc trng của mặt cắt hình số 8 l do hai ống thép ghép thnh, bản bụng
mảnh, hai ống tròn nối chung xếp theo chiều thẳng đứng gần giống nh sờn vòm

chữ I. Nhng cầu Tân Vơng, Nghĩa Đảo Triết Giang, vnh vòm do hai ống thép
ghép lại, nhng mặt ngoi lại l hình dầm tròn. Hai ống thép xếp nằm ngang.
Chiều cao của vnh vòm l đờng kính ống hai thép cộng với bề dầy hai bản ghép
(hình 4-11). Cầu ny có cầu chính di 202m, khẩu độ cầu tơng tự cầu Giải Phóng
Quảng Châu l 55m + 80m + 55m. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông có thanh kéo 3
nhịp cầu vòm chạy dới, mặt cầu rộng 32,7m. ống thép chỉ dùng một sờn, đặt ở
giải phân cách giữa các ln xe cơ giới. Hớng ngang có hai thanh treo luồn qua hai
ống thép.

Hình 4-11 : Mặt cắt sờn vòm cầu Tân Vơng Triết Giang (đơn vị : mm)

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 166 -


III. ống thép nhồi bê tông kiểu vòm dn hoa
Sờn vòm kiểu dn hoa có thể dùng ống thép đờng kính nhỏ đạt đợc độ
cứng chống uốn lớn theo cả hai chiều ngang v dọc, hơn nữa với cấu kiện chịu lực
dọc trục l chính lại có thể phát huy đợc đặc tính vật liệu. Đối với cầu vòm ống
thép nhồi bê tông có khẩu độ lớn hơn 100m thì vnh vòm kiểu dn l dạng mặt cắt
tơng đối thích hợp. Vnh vòm kiểu dn hoa thờng gọi l vòm dn. ở chơng 1
đã nêu vo thập kỷ 30 tại Liên Xô cũ ngời ta đã xây dựng cầu vòm đờng sắt
NceTb, l cầu vòm dn hai chốt mặt cắt thay đổi.
a. Cầu Tam Sơn
Tây Nam Hải kiểu
dn hình số 8 nằm
ngang

b. Cầu vợt Văn
Phong An Dơng
kiểu hỗn hợp

c. Cầu Thạch Trạch
Câu Phúc Kiến
kiểu 4 nhánh

d. Cầu Đắc Đơn
Giang Y Lan kiểu
dn 2 nhánh

Hình 4-12 : Mặt cắt vnh vòm kiểu dn hoa ống thép nhồi bê tông
Cầu vòm dn xuất hiện sớm nhất ở Trung Quốc có mặt cắt, hớng ngang
dn l hình số 8. Trên v dới hớng ngang l hai hình số 8. Thanh bụng l dầm
ống thép, cầu Tam Sơn Tây Nam Hải Quảng Đông, cầu Điều Giang Cao Cốc Tứ
Xuyên Loại dn vòm ny xem hình 4-12a. Đối với loại mặt cắt đó, bê tông trong
bản bẹp của hình số 8 nằm ngang so với mặt cắt hình số 8 ở trên có tác dụng đối
với độ cứng chống uốn tơng đối lớn, nhng loại mặt cắt ny đặc tính chịu lực của
thép - bê tông bản bụng hớng ngang so với ống thép nhồi bê tông khác nhau rất
nhiều, đồng thời tồn tại vấn đề tính toán thiết kế không đợc dùng lý luận bó chặt.
Cho nên về sau lại phát triển thêm mặt cắt kiểu dn hỗn hợp. Đối với loại mặt cắt
ny, mạ trên dùng hình số 8 nằm ngang, mạ dới hai ống thép đợc liên kết bằng
ống thép trong mặt phẳng. Mạ trên vì để rút ngắn chiều di bản kẹp, bề rộng nhỏ
hơn mạ dới hình thnh mặt cắt hình thang. Cầu vợt Văn Phong An Dơng Hồ
Nam, cầu Điền Giang, Cao Cốc Tứ Xuyên, cầu Đại Độ H... đều dùng loại hình
ny. Dạng mặt cắt xem hình 4-12b. Những năm gần đây vnh vòm ống thép nhồi

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 167 -


bê tông trực tiếp dùng mặt cắt kiểu dn nhiều nhánh (có xu hớng sử dụng ngy
một nhiều. Loại vnh vòm ny thanh mạ dùng vật liệu ống thép nhồi bê tông,
thanh bụng dn v thanh liên kết phẳng dùng ống thép. Trong mặt cắt kiểu dn
nhiều nhánh thì 4 nhánh l nhiều hơn cả. Tỷ lệ chiều cao với chiều rộng trong
khoảng 2 : 1 l hợp lý, để bảo đảm ổn định ngoi mặt phẳng của sờn vòm chủ yếu
thông qua hệ liên kết ngang. Trong tiết 3 chơng 3 giới thiệu cầu Thạch Trạch
Câu, Trùng Thanh Phúc Kiến đã sử dụng mặt cắt dn 4 nhánh (xem hình 4-12c),
ngoi ra mặt cắt dn 4 nhánh còn đợc dùng ở cầu Trờng Thanh Quân H Thẩm
Dơng (cầu chạy giữa khẩu độ tĩnh 140m), cầu Điều Giang Cao Cổ Tứ Xuyên (cầu
chạy giữa khẩu độ tĩnh 150m), cầu Ung Giang Tam An Quảng Tây (cầu chạy giữa
khẩu độ tĩnh 270m)...
Cầu Đắc Đơn Giang Y Lan Hắc Long Giang, dùng mặt cắt dn ba nhánh
(xem ví dụ ở tiết 3 chơng 3). Từ phơng diện thiết kế kết cấu nên coi l hai nhánh
cộng một nhánh, thêm một nhánh l để tăng độ cứng chống uốn hớng ngang cho
sờn vòm, để bỏ thanh chống gió ở phía trên mặt cầu. Còn có thiết kế sờn vòm,
các thanh mạ trên, mạ dới đều l 3 ống thép tạo thnh mặt cắt 6 nhánh (xem hình
4-13). Nói chung trên phơng diện chịu lực của kết cấu hay phơng diện thi công 6
nhánh đều không đơn giản v không hợp lý nh bốn nhánh.

Hình 4-13 : Mặt cắt dn 6 nhánh
Mặt cắt kiểu dn nhiều nhánh ống thép nhồi bê tông so với mặt cắt kiểu dn
hình số 8 nằm ngang, do bỏ đợc bản kẹp nằm ngang nối các ống thép v bê tông
nhồi giữa bản kẹp m dùng các thanh giằng, nên tiết kiệm đợc thép v bê tông,
giảm đợc trọng lợng bản thân, lm cho cầu vòm ống thép nhồi bê tông cng có
khả năng vợt khẩu độ lớn. Đồng thời do các nhánh đều chịu lực dọc trục l chính,
cng dễ dng dùng lý luận ống thép nhồi bê tông để tiến hnh tính toán. Về

phơng diện chịu lực chung có thể tham khảo phơng pháp tính toán cột khung.
Thanh bụng của dn vòm thờng lm thanh chịu kéo để tránh cho các thanh chịu
nén mất ổn định cục bộ. Do chịu lực không lớn nên các thanh bụng dùng ống thép
rỗng đờng kính nhỏ, nh 200 x 10mm đến 350 x 10mm. Bố trí các thanh
bụng cũng có hai hình thức. Một kiểu l vuông góc, nghĩa l vuông góc với tim
vòm (xem hình 4-14a).

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 168 -


a. Kiểu vuông góc
b. Kiểu song song
Hình 4-14 : Cấu tạo các khoang dn vòm
Cự ly các thanh bụng thẳng nói chung lm cho thanh xiên có góc từ 30o đến
60o thờng l khoảng 45o. ở vòm dn có chiều cao bằng nhau. Các thanh đứng v
thanh xiên có quy cách giống nhau thì gia công dễ, nhng sử lý nó với các thanh
treo thì khó khăn phức tạp, cho nên với kiểu ny bố trí mặt cắt dn hoa chỉ xuất
hiện khi dùng cốt cứng. Trong cầu vòm dn ống thép nhồi bê tông cha thấy xuất
hiện, chủ yếu l bố trí thanh treo có khó khăn. Một kiểu khác l kiểu song song có
nghĩa l thanh đứng vuông góc với đờng nằm ngang (xem hình 4014b). Thanh
treo v thanh đứng trùng nhau, dễ sử lý kết cấu. Thanh bụng thẳng về cự ly ngoi
việc phải xét đến cự ly thanh bụng xiên còn phải xét tổng hợp với cự ly thanh treo,
nhng kiểu bố trí ny kích thớc của các thanh đứng v thanh xiên không giống
nhau. Góc nghiêng của thanh bụng xiên cũng thay đổi, lm cho việc gia công sờn
vòm có khó khăn.

IV. Sờn vòm dạng chữ I v sờn hộp cốt cứng ống thép nhồi bê tông

Cầu vòm chạy giữa v chạy dới, cùng với sự tăng của khẩu độ, vấn đề ổn
định ngang của sờn vòm nổi bật lên, cho nên cầu vòm bê tông cốt thép thờng
dùng mặt cắt hình hộp cho vnh vòm, nh cầu Khả Giang Nội Giang Tứ Xuyên
(3x100m + 3x52m), cầu Ngọc Băng Sơn Nam Bình Phúc Kiến (nhịp chính 100m).
Nhng trọng lợng lắp ráp vnh vòm bê tông cốt thép mặt cắt hình hộp rất nặng,
lấy cầu Ngọc Băng Sơn Nam Lĩnh Phúc Kiến, vnh vòm chính mặt cắt hộp có kích
thớc 100cm x 200cm, chia lm 5 đoạn, hợp long một sờn, trọng lợng lắp ráp
nặng nhất 59,1 tấn cho nên việc phát triển vnh vòm mặt cắt hình hộp bị hạn chế,
nếu dùng ống thép nhồi bê tông lm cốt cứng, thì lắp ghép chỉ cần cẩu nhấc ống
thép rỗng, cho nên trọng lợng lắp ghép nhẹ đi rất nhiều. Cầu vòm sờn hộp đã
xây dựng có nhịp chính 117,8m, đó l cầu vợt Tân Long Âu Nội Giang Tứ Xuyên

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 169 -


(mặt cắt vòm chủ xem hình 4-15a). Cầu Kim Sa Giang, cầu Chi Hoa Bảo Quả nhịp
chính 160m v cầu Ung Giang, Ung Ninh Quảng Tây, nhịp chính 312m. Sờn vòm
hộp cốt cứng có lúc một bộ phận dùng ống thép nhồi bê tông, một bộ phận dùng
thép hình, nh cầu Bạch Miễu Hiệp (L = 105m), mặt cắt xem hình 4-15b.

a. Mặt cắt cầu Tân Long
b. Mặt cắt cầu Bạch
Âu Nội Giang
Miễu Hiệp
Hình 4-15 : Mặt cắt sờn vòm hộp (đơn vị : mm)

Hình 4-16: Mặt cắt sờn

vòm chữ I
Đối với cầu vòm chạy trên, có thể dùng mặt cắt chữ T, có thể đặt dầm dầy
để đảm bảo tính ton khối của kết cấu v tính ổn định hớng ngang cầu nh cầu
Nha Long Giang Kim H Thịnh Nguyên Tứ Xuyên khẩu độ tĩnh 170m, thanh mạ
trên, mạ dới dùng ống thép 700 x 12mm, thanh bụng 200 x 8mm cốt cứng
đúc bê tông tại chỗ, thnh sờn vòm mặt cắt chữ I (xem hình 4-16).
V. Vòm hộp cốt cứng ống thép nhồi bê tông
Vnh vòm hình hộp có tính năng chống uốn chống xoắn tốt, l hình thức
chủ yếu của cầu vòm bê tông cốt thép khẩu độ lớn. Dùng ống thép nhồi bê tông
lm cốt cứng thi công l con đờng đột phá khẩu độ lớn có hiệu quả. Tháng 10
năm 1997 xây dựng xong cầu Trờng Giang, huyện Vạn Tứ Xuyên khẩu độ nhịp
chính 420m, tỷ lệ đờng tên 1/5, kích thớc mặt cắt xem hình 3-51.
Cầu ny l cầu đầu tiên dùng ống thép nhồi bê tông lm cốt cứng để xây
dựng cầu vòm sờn hộp bê tông cốt thép. Cũng l cầu vòm bê tông cốt thép có
khẩu độ lớn nhất thế giới (chi tiết xem tiết 4 chơng 3).

Hình 4-17 : Thi công cầu vòm đá cốt cứng
ống thép nhồi bê tông (đơn vị: mm)

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 170 -


Ngoi ra, kết cấu ống thép nhồi bê tông, vòm dùng cầu vòm bản, dùng đơn
thuần lm cốt cứng để thi công. Cầu An Hải, Liên Giang, Phúc Kiến, khẩu độ tĩnh
70m, cầu vòm đá, khi thi công lm giá vòm có khó khăn, dùng cần trục lắp ống
thép 4550x10mm trong nhồi bê tông, tại đỉnh vòm v hai điểm L/4 lm dn giáo
đơn giản để đỡ cốt cứng, đúc bê tông dầy 55cm. Sau đó phía trên xây đá xô bồ dầy

100cm lm vòm chủ, mặt cắt xem hình 4-17.
VI. Đặc trng hình học vòm chủ :
Kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông gọn nhẹ, kết cấu phía trên vòm của
vòm chạy trên đều dùng dầm bản, m vòm chạy dới tĩnh tải của bộ phận treo thay
đổi cng nhỏ, cho nên đờng tim vòm thờng chọn dùng đờng cong parabôn bậc
hai v đờng dây xích có hệ số m thấp (m từ 1.167 ~ 1.756). Ti liệu(5) đã so sánh
tình hình chịu lực của vòm dây xích v vòm cung tròn cho thấy đờng cong dây
xích có tính năng tốt, đó l hiển nhiên. ở trên đã đề cập cầu Ngõa Đô, thị trấn
Cảnh Đức Giang Tô có đờng cong tim vòm l đờng parabôn bậc 4 có phơng
trình :
y/f = 0.9 (2x/L)2 + 0.1(2x/L)4

(4-1)

Trong đó :
L : l khẩu độ vòm
f : l đờng tên vòm
x : trục honh (hớng phải)
y : trục tung (hớng xuống dới), điểm gốc toạ độ l đỉnh vòm
Tính toán thiết kế cầu ny cho thấy, sờn vòm theo đờng cong parabôn bậc
4 dới tác dụng tĩnh tải sau có nén đn hồi thì sự lệch nhau giữa đờng cong áp lực
với đờng tim vòm nhỏ hơn đờng cong parabôn bậc hai, lm cho mô men uốn do
tĩnh tải nhỏ.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 171 -

tiết thứ ba
Cầu vòm không có lực đẩy ngang(8)~(10)
Do điều kiện hạn chế của Trung Quốc, nên cầu vòm bê tông cốt thép v cầu
vòm đá một thời gian di chiếm đa số các cầu vòm ở Trung Quốc. Đối với khẩu độ
không lớn, ở vùng núi có điều kiện địa chất tốt thì cầu vòm đá v cầu vòm bê tông
cốt thép có tính kinh tế rất tốt. Tuy nhiên trọng lợng bản thân lớn, lực đẩy nằm
ngang cũng lớn nên ở vùng đất nền yếu thì xây dựng không thích hợp. Tuy nhiên,
những ngời lm cầu ở Trung Quốc đã nỗ lực không biết mệt mỏi đối với việc
giảm nhẹ trọng lợng bản thân cầu vòm. Thí dụng cầu vòm hai chiều, cầu vòm
khung, cầu vòm dn nhng vấn đề ny vẫn cha đợc giải quyết tốt. Mặt khác,
cầu vòm chạy trên ở vùng đồng bằng chịu ảnh hởng thông thuyền v đờng dẫn
hai đầu cầu thì đại bộ phận không cạnh tranh đợc với cầu kiểu dầm. Đối với cầu
vòm bê tông cốt thép cũng đã lm thnh cầu vòm chạy giữa, chạy dới không có
lực đẩy ngang, nhng do trọng lợng bản thân lớn, giá thnh thanh kéo cũng vẫn
rất lớn, nên ít đợc xây dựng v khẩu độ cũng không lớn. Khi đẩy mạnh áp dụng ở
vùng đồng bằng thì cầu vòm không có lực đẩy ngang xuất hiện. Hơn nữa cầu vòm
ống thép nhồi bê tông có năng lực biểu hiện rất mạnh về kết cấu, lm cho cầu vòm
không có lực đẩy ngang có nhiều dạng phong phú m còn xuất hiện nhiều kết cấu
mới. Tại tiết 1 chơng ny đã giới thiệu khái quát về cầu vòm ống thép nhồi bê
tông không có lực đẩy ngang, ở tiết ny giới thiệu thêm đặc điểm chịu lực của cầu
vòm có lực đẩy ngang v các đặc điểm cấu tạo sẽ giới thiệu ở các tiết sau với cầu
vòm đá v cầu vòm bê tông cốt thép có nhiều điểm giống nhau nên không tách ra
để giới thiệu.
I. Hệ dầm vòm tổ hợp
Trong cầu thuộc hệ dầm vòm tổ hợp đã lợi dụng dầm dọc của hệ mặt cầu
lm thanh chịu kéo, dầm v vòm liên kết cứng tại chân vòm, kê vo gối cầu ở đỉnh
mố trụ cầu. Một mặt lm cho dầm vòm cùng tham gia chịu lực trên ton bộ tiết
kiệm vật liệu. Mặt khác đối với mố trụ cầu v nền móng có yêu cầu thấp hơn. Từ
chịu lực bên ngoi giống nh dầm giản đơn. Hệ dầm vòm tổ hợp căn cứ theo độ
cứng chống uốn lớn nhỏ tơng đối giữa vòm v thanh kéo (dầm) còn có thể chia ra

dầm mềm vòm cứng, dầm cứng vòm mềm v dầm cứng vòm cứng ba loại (hình 418).

Hình 4-18 : Kết cấu hệ dầm vòm tổ hợp

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 172 -


Khi

EvJv
> 80 cho rằng khả năng chống uốn của dầm nhỏ hơn khả năng
EdJd

chống uốn của vòm, dầm rất mềm, không chịu uốn, chỉ đơn thuần chịu lực đẩy
nằm ngang, đợc gọi l dầm mềm vòm cứng, xem hình 4-18a. Khi

EvJv
< 1/80
EdJd

cho rằng khả năng chịu uốn của vòm nhỏ hơn dầm nhiều lần, không tham gia chịu
uốn m chỉ chịu nén đúng tâm, đợc gọi l vòm mềm dầm cứng. Xem hình 4-18b.
Nó cũng có thể đợc coi l dùng vòm để tăng cờng khả năng chịu uốn của dầm.
Khi

EvJv
ở trong phạm vi từ 1/80 đến 80, thì dầm v vòm đều có độ cứng nhất

EdJd

định, chúng cùng tham gia chịu tải dầm l cấu kiện kéo uốn còn vòm l cấu kiện
nén uốn, loại kết cấu ny gọi l dầm cứng vòm cứng, xem hình 4-18c.
Trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông không có lực đẩy ngang, thờng dùng
dầm cứng vòm cứng, chủ yếu xuất hiện ở vùng Giang Tô Triết Giang nh cầu Xiên
Cảng ở Tô Châu Giang Tô (khẩu độ 100,5m), cầu Quận Sơn (khẩu độ 80,5m), cầu
Hong Viên, Nghĩa Đảo Triết Giang (khẩu độ 80m), cầu dẫn Giang H, Tần
Giang, Giang Tô (khẩu độ 80m). Cầu Hải Thụy Thờng Thục (khẩu độ 44m)
Phần dới lấy cầu Xiên Cảng Tô Châu lm thí dụ để giới thiệu cấu tạo loại cầu
ny.
Cầu Xiên Cảng ở trên đờng vnh đai Đông Nam thnh phố Tô Châu tỉnh
Giang Tô, vợt qua sông Tô Châu ở thợng lu Xiên Cảng, dùng khẩu độ tính toán
100,5m, dùng một nhịp cầu vòm chạy dới dầm cứng vòm cứng. Cầu rộng 18m ln
xe cơ giới + 2 x 1,0m bề dầy sờn vòm. Ton cầu rộng 20m. Tải trọng thiết kế : H20 ; XB-100, do tĩnh tải về cơ bản l tải trọng rải đều, chọn đờng cong tim vòm l
đờng parabôn bậc 2. Tỷ lệ đờng tên f/L = 1/7.
Vnh vòm dùng ống thép nhồi bê tông mặt cắt đầu tròn đứng. Sờn vòm
rộng v cao l 90cm x 200cm, tỷ lệ chiều cao sờn vòm với khẩu độ l 1/50. Bề
dầy ống thép 10mm để đảm bảo cho đầu tròn không biến dạng, phía trong có gia
cố bản thép. Ton cầu có hai sờn vòm, cự ly tim sờn vòm 19,40m. Giữa hai vòm
có 5 thanh chống ngang kiểu chữ nhật, dầm tăng cờng có bản hẫng (lề cầu ngời
đi) l dầm bê tông cốt thép dự ứng lực hình hộp, có kích thớc bxh=90cmx180cm,
chiều cao v tỷ lệ dầm 1/56, thnh dầy 20cm. Mỗi dầm có 24 bó 715,2 tao thép
cờng độ cao tự chùng thấp tập trung neo ở đầu dầm. Các thanh treo dùng thanh
treo mềm l 432 cốt thép hợp kim thấp có gờ, phía ngoi có vỏ ống thép
150mm nhồi vữa xi măng chống gỉ. Cự ly các thanh treo 6,7m. Dầm ngang của
mặt cầu dùng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực mặt cắt chữ I, cũng với bản mặt cầu
đúc sẵn, đầu bản đúc tại chỗ thnh dầm tổ hợp mặt cắt chữ T. Dầm ngang cao

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông

- Ti liệu dịch -

- 173 -


178cm, dùng 8 bó thép 715,2 tao thép cờng độ cao. Bản mặt cầu l bản rỗng
cao 30cm. Trên đỉnh dầm ngang bố trí cốt thép đúc bê tông tại chỗ lm thnh bản
liên tục mặt cầu.
Cùng với yêu cầu mỹ quan của cầu thnh phố phải nâng cao, mấy năm gần
đây xuất hiện một loạt cầu có cấu tạo hình thức mới. Cầu vòm lệch l một trong số
đó. Cầu vòm lệch vnh vòm có dạng đờng parabôn bậc hai, lệch. Thanh treo song
song với đờng tim đứng (trục nghiêng) l thanh treo xiên m kết cấu chịu lực về
cơ bản giống nh cầu vòm chính. Sờn vòm lệch dùng cho vòm chạy dới lm cho
mọi ngời cảm thấy đẹp tự nhiên. Dùng dầm để cân bằng lực đẩy ngang (chuyển
thnh lực kéo ở dầm). Loại cầu vòm lệch ny trớc kia đều dùng cho kết cấu bê
tông cốt thép. Các cầu đã xây dựng có cầu Đông Phong, thị trấn An Dơng, cầu
vờn động vật số 1 v cầu Bảo Thnh ở Cáp Nhĩ Tân. Còn có cuốn sách chuyên đề
về cầu vòm lệch(11) ống thép nhồi bê tông dùng cho cầu vòm lệch có cầu Trờng
Thịnh Phúc Thanh, Phúc Kiến, cầu Tân Khai H Thẩm Dơng v.v Cầu Trờng
Thịnh Phúc Thanh cầu vòm nghịch ở Tây Môn thnh phố Phúc Thanh, bờ phía
Đông vị trí cầu l dẫy công viên của thnh phố, bờ trái l nh đấu bóng Bảo Linh
vợt qua kênh đo rộng 25m. Dùng cầu vòm lệch ống thép nhồi bê tông rất thích
hợp với môi trờng xung quanh, xem hình 4-19.

Hình 4-19 : Cầu vòm lệch Trờng Thịnh Phúc Thanh, Phúc Kiến
Cầu vòm lệch Trờng Thịnh Phúc Thanh có khẩu độ tính toán 25m, mặt cầu
rộng 7m, sờn vòm l một ống thép tròn 610mm, dầy 10mm trong nhồi bê tông
M40. Thanh treo xiên l ống thép tròn đờng kính 40mm, dầm dọc (thanh kéo)
bằng bê tông cốt thép, mặt cắt hình chữ nhật HxB = 120cmx75cm. Đầu nối dầm
dọc v sờn vòm dùng cấu tạo hộp thép. Mặt cầu l dầm ngang v bản mặt cầu đúc

tại chỗ. Cầu lm xong tháng 5 năm 1998.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 174 -


Hệ cầu dầm vòm tổ hợp ngoi dạng một nhịp chạy dới, còn có cầu dầm
vòm tổ hợp chạy giữa, chạy dới nhiều nhịp liên tục(8). Cầu dầm vòm tổ hợp nhiều
nhịp liên tục chủ yếu có các dạng kết cấu nh hình 4-20. Nhng cầu vòm ống thép
nhồi bê tông liên tục nhiều nhịp hệ dầm vòm tổ hợp dùng rất ít. Phần nhiều l một
nhịp kê giản đơn nh trên

Hình 4-20 : Cầu dầm vòm tổ hợp nhiều nhịp liên tục
II. Cầu khung dầm vòm tổ hợp
Cầu khung vòm dầm l cầu vòm ống thép nhồi bê tông đợc áp dụng ở
Trung Quốc. ở Trung Quốc đã xây dựng một cầu vòm ống thép nhồi bê tông - cầu
Đông H Uông Mãng Tứ Xuyên áp dụng cầu khung dầm vòm.

Hình 4-21 : Cấu tạo tiết điểm vòm trụ cầu Lam Câu An Câu Phúc Kiến

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 175 -


Khác với cầu dầm vòm tổ hợp đã giới thiệu trớc, cầu khung dầm vòm thì
sờn vòm v trụ cầu không đặt gối cầu, dùng bó cáp dự ứng lực để cân bằng lực

đẩy của vòm. Thanh kéo độc lập với hệ mặt cầu, không tham gia chịu lực với hệ
mặt cầu, còn hệ mặt cầu l cấu kiện chịu lực cục bộ. Loại kết cấu ny do tiết điểm
liên kết giữa sờn vòm v trụ cầu l liên kết cứng, nó thuộc về kết cấu khung, nó
lại có thanh kéo, nên gọi l cầu khung dầm vòm tổ hợp.
Cầu khung dầm vòm tổ hợp l kết cấu siêu tĩnh. Kết cấu phần trên, kết cấu
phần dới, kết cấu móng v cả nền đất liền thnh một khối. Kết cấu có nhiều bậc
siêu tĩnh, chịu lực phức tạp.

Hình 4-22 : ảnh tiết điểm liên kết vòm trụ cầu Giải Phóng Quảng Châu
Do độ cứng của dầm chịu kéo (thanh kéo) của hệ thống tổ hợp dầm vòm thì
độ cứng tơng đối của thanh kéo nhỏ rất nhiều, đặc biệt l đối với cầu có khẩu độ
lớn, lực kéo trong thanh kéo tăng lên sẽ sinh ra biến dạng lớn, m sờn vòm, thanh
kéo v trụ cầu gắn kết thnh một khối, căn cứ vo điều kiện giữa dịch vị v biến
dạng. Lực đẩy nằm ngang tăng lên sẽ do trụ cầu v trọng lợng bản thân vnh vòm
chịu, do đó sau khi thanh kéo biến dạng thì nó l kết cấu có lực đẩy ngang. Tác
dụng của thanh kéo l tạo dự ứng lực vo vòm để triệt tiêu đợc phần lớn lực đẩy
ngang (chủ yếu l lực đẩy ngang do tải trọng tĩnh), cho nên coi thanh kéo l nhân
tố dự ứng lực ngoi, sau khi trừ đi phần lực đẩy nằm ngang do thanh kéo chịu thì
lực đẩy nằm ngang của vòm còn lại không lớn, có thể thông qua kéo vợt thì cũng
có thể giảm nhỏ đợc nhiều, cho nên cuốn sách ny vẫn quy về cầu vòm không có
lực đẩy nằm ngang để trình by. Cầu khung dầm vòm tổ hợp do có thanh kéo tồn
tại nên giảm nhỏ yêu cầu đối với kết cấu phần dới v nền móng, để phát huy tác
dụng của thanh kéo nên hạ thấp một cách thích đáng độ cứng của trụ cầu v nền
móng. Loại kết cấu ny tuy chân vòm v trụ cầu liên kết cứng, nhng độ cứng
chống lực đẩy ngang của trụ cầu nhỏ, cho nên tồn tại góc quay chân vòm. Căn cứ

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 176 -

vo đặc trng chịu lực của vòm, biến vị của chân vòm ảnh hởng đối với chịu lực
của vòm dịch vị nằm ngang rất lớn, rồi đến góc xoay, dịch vị ngang dịch ra ngoi
bất lợi, chủ yếu thông qua thanh kéo để giữ lại, cho nên khi phân tích gần đúng, có
thể xét cho vòm cố định để tính toán, nhng phải tính toán dịch vị nằm ngang của
vòm gây ra nội lực.

a. Cầu khung dầm vòm
b. Cầu khung dầm vòm
c. Cầu khung dầm vòm
chạy dới một nhịp
chạy dới nhiều nhịp
chạy giữa có đoạn hẫng
Hình 4-23 : Cầu khung dầm vòm tổ hợp
Cầu khung dầm vòm tổ hợp điểm liên kết cố định giữa vòm v trụ cầu tơng
đối phức tạp, đặc biệt đối với cầu vòm chạy dới, sờn vòm, trụ vòm, x mũ đều
hội tụ ở đây, l bộ phận không có quy cách. Hình 4-21 l cấu tạo của nút ngm
cứng giữa vòm với trụ ở cầu Lam Câu, An Câu Phúc Kiến(12). Hình 4-22 l ảnh nút
ngm cứng giữa vòm trụ của cầu Giải Phóng Quảng Châu.
Cầu khung dầm vòm tổ hợp nút ngm cứng vòm với trụ chịu lực rất phức
tạp, lực ở các hớng đều tập trung ở điểm ny. Hơn nữa thanh kéo có lực tập trung
lớn tác dụng, rất dễ sinh ra nứt ở hớng có ứng lực kéo chủ, cho nên phải đợc đặc
biệt lu ý. Đối với vấn đề ny cầu Bắc Trạm Tham Quyến đã đợc phân tích tính
toán theo phơng pháp phần tử hữu hạn v thí nghiệm quang đn hồi(13). Cầu vợt ở
quảng trờng Thnh Long Thnh Đô Tứ Xuyên cũng tiến hnh mô hình hóa bê
tông ở nút tiết điểm đầu v phân tích phần tử hữu hạn(14)(15).
Cầu khung dầm vòm tổ hợp, dới tác dụng của thanh kéo dự ứng lực tại tiết
điểm ngm vòm với trụ sẽ gây ra ứng lực kéo chủ vuông góc với hớng của thanh
kéo, tại thân trụ ở phía lng, nhịp chính cũng có khả năng sinh ra ứng suất kéo rất

lớn. Cho nên thờng bố trí bó thép dự ứng lực thẳng đứng, đầu dới tự neo vo bệ
cọc hay bệ móng, đầu trên neo vo mũ trụ. Đờng cong bó thép nên tận lợng theo
hớng ứng suất kéo chủ.
Cầu khung dầm vòm tổ hợp có thể thi công giống nh cầu vòm cố định thi
công không cần giá vòm nên khả năng vợt của cầu cũng rát lớn. Cũng có khả
năng phát huy tính u việt của cầu vòm ống thép nhồi bê tông về thi công thuận
tiện cho nên loại kết cấu ny sau khi xuất hiện đợc áp dụng rộng rãi.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 177 -


Cũng giống nh cầu dầm vòm tổ hợp, cầu khung dầm vòm cũng có một nhịp
v nhiều hơn hai nhịp liên tục, xem hình 4-23. Cầu khung dầm vòm ống thép nhồi
bê tông một nhịp (xem hình 4-23a). Các cầu đã xây xong ngoi cầu Uông Mãng
còn có cầu Thiện Hng H Triết Giang (92m), cầu Phật Trần Phật Sơn Quảng
Đông (112,8m), cầu Tạ Dơng H (68,5m), cầu vợt Vân Phong, An Dơng H
Nam (135m), cầu Đại Độ H, Nga Biên Tứ Xuyên (140m). Trong đó cầu Uông
Mãng, cầu vợt Vân Phong An Dơng đã giới thiệu ở tiết 3 chơng 3, cho nên ở
đây không trình bầy. Các cầu đang xây dựng có cầu Bắc Trạm, thâm Quyết khẩu
độ đạt 150m v cầu Hán Giang Tam Vũ Hán Hồ Bắc khẩu độ đạt 280m v.v
Cầu khung dầm vòm tổ hợp liên tục nhiều nhịp chạy dới (xem hình 4-23b),
cũng có cầu chạy giữa, hai đầu có nhịp hẫng (xem hình 4-23c).
Cầu khung dầm vòm tổ hợp liên tục nhiều nhịp chạy dới (xem hình 4-23b),
cũng có cầu chạy giữa, hai đầu có nhịp hẫng (xem hình 4-23c).
Cầu Giải Phóng Quảng Châu l cầu khung dầm vòm ống thép nhồi bê tông
ba nhịp liên tục, thanh kéo của mỗi nhịp đều phân biệt neo v trụ cầu.
Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy giữa có hai nhịp hẫng đã xây dựng cầu

Tam Sơn Tây Nam Hải Quảng Đông (nhịp chính 200m), cầu Kim Cơng Hải H
Thiên Tân l cầu cải tạo (nhịp chính 110m), cầu Liên Tha Tam Hiệp (nhịp chính
114m) v cả cầu Trung Sơn Nhị Phật Sơn Quảng Đông dùng ống thép hình vuông
(nhịp chính 125m)v.v... Năm 1998 bắt đầu xây dựng cầu Y Phả Xa khẩu độ chính
đạt 360m, sau khi xong với kết cấu ny, đây l cầu có khẩu độ lớn nhất. Đó l cầu
vòm chạy giữa sờn vòm kiểu dn có 6 nhánh ống thép nhồi bê tông, kế hoạch
dùng thi công theo phơng pháp xoay. Sau khi xây xong cầu thì đây l cầu vòm
ống thép nhồi bê tông chạy giữa có khẩu độ lớn nhất v cũng l cầu thi công theo
phơng pháp xoay có khẩu độ lớn nhất.

Hình 4-24 : Bố trí chung cầu Y Phả Xa Quảng Châu (đơn vị : cm)

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 178 -


Cầu Y Phả Xa bắc qua sông Châu Giang. Cầu có 6 ln xe cơ giới, ton cầu
rộng 32,4m (cả dải phân cách). Tải trọng thiết kế H-20 siêu cấp, XB-120. Mức
nớc thông thuyền cao nhất 7,00m. Bề rộng thông thuyền 34m. Động đất cấp 8
(thang MKS-64). Cầu chính bố trí theo sơ đồ 76m + 300m + 76m, cầu khung dầm
vòm có nhịp hẫng chạy giữa. Bố trí chung xem hình 4-24.
Cầu Y Phả Xa có hai sờn vòm, tim vòm theo đờng cong dây xích, khẩu độ
tính toán nhịp giữa 344m, chiều cao tính toán đờng tên, tỷ lệ đờng tên 1/4,5. Hệ
số tim vòm m = 2,0. Mỗi phiến sờn vòm có 6 ống thép đờng kính 750mm,
phía trên v dới có bản liên kết, thanh bụng l ống thép liên kết thnh dn ống
thép nhồi bê tông. Trong ống thép v bản bụng nhồi bê tông M60. Sờn vòm có bề
rộng không đổi v chiều cao thay đổi, rộng 3,45m. Cự ly tim ống thép trên v dới
ở chân vòm 8.039m ở đỉnh vòm 4,0m. Loại mặt cắt có thể coi l dn đặc biệt, mặt

cắt hình số 8 nằm ngang.
Cự ly tim hai sờn vòm 35,95m. Có 7 thanh chống ngang kiểu chữ . Trong
đó thanh thẳng ống thép đờng kính 500x16mm lm mạ trên mạ dới. Bản bụng
dùng ống thép đờng kính 299x8mm. Thanh trên ở mạ trên, mạ dới ống thép
đờng kính 450x14mm v thanh bụng dn dùng ống thép đờng kính 299 x
8mm.
Nhịp biên dùng nửa vòm sờn hộp bê tông cốt thép, tỷ lệ đờng tên khoảng
1/5,2, hệ số tim vòm m = 2,0, mỗi phiến sờn vòm cao 4,5m, rộng 3,45m. Mặt cắt
một hộp cốt cứng ống thép nhồi bê tông. Hai sờn vòm có 6 dầm chống ngang
bằng bê tông cốt thép v 4 thanh liên kết ngm cứng với sờn vòm (kể cả dầm
ngang ở đầu). Nh thế đã tạo thnh hệ kết cấu dầm không gian.

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 179 -


Tiết thứ t
Cấu tạo v kết cấu hớng ngang sờn vòm

Trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông, kiểu sờn vòm đợc dùng nhiều nhất.
Mọi ngời đều biết cầu vòm đặc biệt l cầu vòm khẩu độ lớn, thì vấn đề ổn định
ngang l vấn đề nổi bật. Cho nên, chọn kết cấu hớng ngang hợp lý l một khâu
quan trọng . Đối với cầu vòm chạy giữa v chạy dới, có lúc để tăng cờng ổn định
hớng ngang hai mặt đều nghiêng vo trong thnh vòm mạng lới. Tơng ứng,
vnh vòm đều lm song song. Đơng nhiên khẩu độ không quá lớn của cầu thnh
phố, hay thuộc về phải xét tới cảnh quan, cũng lm thnh không có thanh chống
ngang. Cuốn sách ny chia cấu tạo liên kết ngang thnh vòm mạng lới v vòm
không có thanh chống ngang để giới thiệu về kết cấu v cấu tạo.

I. Cấu tạo liên kết ngang.
Tiết 1 ở chơng ny đã chỉ ra sờn vòm của cầu chạy trên có thể dùng kết
cấu nhiều sờn (nhiều hơn 2 sờn), hệ liên kết ngang cũng dễ bố trí. Thông thờng
bố trí thanh chống ngang có cự ly bằng nhau (hay hệ dầm ngang), ổn định hớng
ngang chủ yếu dựa vo tỷ lệ bề rộng v khẩu độ cầu. Đối với cầu vòm chạy giữa v
chạy dới, bố trí liên kết ngang bị hạn chế bởi khổ tĩnh không thông xe. Cho nên
khoang 1 của mặt cầu cự ly chống ngang tơng đối lớn, ở đỉnh vòm có thể đặt dầy.
Cách bố trí cự ly khác nhau đối với tỷ lệ đờng tên với khẩu độ nhỏ l vấn đề nổi
bật. Đồng thời, khi thanh chống ngang bố trí quá dầy, tĩnh không thông xe có cảm
giác bị bóp hẹp tăng lên.

Hình 4-25: Bố trí chống ngang chân vòm chạy giữa kiểu chữ K
Vấn đề ny ở nớc ngoi đối với cầu vòm thép khẩu độ lớn l rất nổi bật.
Cho nên, bố trí liên hệ ngang vừa phải thoả mãn yêu cầu về ổn định ngang, lại phải
đơn giản v đẹp. Tất nhiên đơn giản v mỹ quan thờng nói lên kinh tế. Tuy vậy
trong tình hình nói chung cầu vòm ống thép nhồi bê tông hệ liên kết ngang không
bố trí nhiều cấu kiện nh cầu vòm thép, cấu tạo phức tạp, cũng không bố trí nh
kết cấu bê tông cốt thép nặng nề v thô kệch. Từ hiệu quả sử dụng cho thấy hệ liên

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 180 -


kết ngang của cầu vòm ống thép nhồi bê tông, chỉ cần sử lý tốt sẽ không tạo ra cảm
giác bị bóp hẹp do tĩnh thông xe.
Đối với vòm chạy giữa, có một bộ phận sờn vòm ở phía dới mặt cầu, m
bộ phận ở trên mặt cầu bị tĩnh không thông xe hạn chế, không thể bố trí nhiều
thanh chống ngang. Khi đó, bộ phận ở phía dới mặt cầu có thể dùng thanh chống

ngang kiểu chữ K, chữ X có độ cứng tơng đối lớn, để tăng cờng độ cứng ngang ở
chân vòm, lại không ảnh hởng đến mỹ quan. Bố trí thanh chống kiểu chữ K có hai
loại. Khi trụ cầu ( mố cầu) kiểu ton khối thì dùng kiểu 4-25a. khi mố cầu phân
khai, dùng kiểu 4-25b. tại điểm gặp nhau của sờn vòm với hệ mặt cầu, nơi dùng
kết hợp dầm ngang với thanh chống ngang. Thanh dầm ngang, ngm cứng với
sờn vòm gọi l dầm ngang cố định.
Dầm ngang cố định vừa phải chịu tải trọng mặt cầu gây ra mô men uốn
hớng đứng, lại vừa phải có tác dụng của thanh chống khi sờn vòm mất ổn định
nằm ngang gây ra mô men uốn hớng ngang, khi tiếp xúc với sờn vòm thì sờn
vòm l đờng cong, nếu ở giữa cũng dùng thanh chống chữ K thì trạng thái hình
học v cấu tạo rất phức tạp. Cũng có thể tại chỗ tiếp xúc mặt cầu với sờn vòm chỉ
lm thanh chống m không lm dầm ngang. Khi đó một đầu hớng dọc của bản
mặt cầu đặt vo cột đứng trên dầm ngang có thanh treo. Lm nh vậy để cấu tạo
của thanh chống ngang ny cũng nh các thanh chống ngang khác, không phức tạp
nh dầm ngang cố định, mặt khác cũng có thể chia khoảng cách dầm ngang dễ
dng. Nếu không hai thanh dầm ngang cố định tiếp xúc với sờn vòm, cự ly
thờng không phải l một số chẵn, phân chia vụn nhỏ, hay l chọn cự ly không
bằng nhau.

Hình 4-26 : Biến dạng khi
vòm nghiêng

Hình 4-27 : Biến dạng chống ngang gần khu
vực L/4 khi sờn vòm mất ổn định ngang

Các thanh chống ngang ở phía trên mặt cầu thờng chọn số lẻ, vì ở đỉnh vòm
thanh chống ngang có tác dụng rất lớn, đồng thời chọn số lẻ cũng tơng đối mỹ
quan. Thanh chống ngang v cự ly thanh treo có quan hệ bội số, đế thanh chống
ngang có thể đặt ở nút có thanh treo. Nhng cũng có khi vì yêu cầu bố trí hình học

Đề ti Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Ti liệu dịch -

- 181 -