Khái niệm chung về cầu bê tông cốt thép

Giáo trình Cầu BTCT 7

1. khái niệm chung
về cầu bê tông cốt thép
1.1. Sơ lợc lịch sử phát triển cầu BTCT
Cầu BTCT xuất hiện đầu tiên vo những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi Xi măng đợc phát
minh vo khoảng năm 1825, việc đặt thép vo BT xuất hiện lẻ tẻ vo những năm 1835-1850.
Từ năm 1855 trở đi BTCT mới chính thức ra đời tại Pháp.
Năm 1875 Joseph Monier đã xây dựng cầu BTCT đầu tiên di 50ft (15,24m) rộng 13ft
(3,96m). Kỹ s ngời Pháp Francois Hennebique đã phát triển mặt cắt ngang dạng T, ông v
những học trò của ông nh kỹ s ngời Thuỵ Sĩ Robert Maillart đã xây dựng một vi cầu vòm
BTCT nổi tiếng, Những cầu BTCT của Maillart đợc xem nh l biểu tợng về thẩm mỹ
i

Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu BTCT chủ yếu l cầu nhịp nhỏ - cầu bản, dầm, vòm. Năm 1896
ngời ta đã xây dựng cầu vòm nhịp 45m tại nớc Nga
ii
.
Giai đoạn đầu thế kỷ XX cầu BTCT đã phát triển mạnh mẽ ngoi dạng đơn giản, ngời ta đã
bắt đầu lm cầu liên tục, cầu khung, dầm công xon nhịp đến 30-40m. Trong giai đoạn ny cầu
thờng dùng phơng pháp đổ bê tông liền khối v l BTCT thờng nên nhịp nhỏ
Thời kỳ đầu trong lịch sử của BTCT, năm 1888 một ngời Mỹ tên l P.H Jackson ở San
Francisco đã có ý tởng rất hay. Ông ta nghĩ rằng sợi thép m đã đợc sử dụng trong BTCT
nếu ngay từ đầu đợc kéo căng thì kết quả kết cấu ny sẽ khoẻ hơn nhiều so với kiểu BTCT.
Những cuộc thí nghiệm của Jackson đã không bao giờ thnh công vì hầu nh chắc chắn l do
những sợi thép ở thời kỳ đó không đủ chịu kéo. Năm 1930 Eugène Freyssinet ngời Pháp
bắt đầu sử dụng sợi thép cờng độ cao v đã mở ra một khái niệm mới khác trong ngnh xây
dựng BTCT ứng suất trớc.
BTCTUST 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 BTCTUST
nhịp 60-70m v từ những năm đầu thập kỷ 60 họ đã sử dụng công nghệ hẫng trong xây dựng

cầu BTCT. Năm 1964 cầu Orleron di 2832m gồm 46 nhịp (nhịp chính di 79m) đợc xây
dựng bằng phơng pháp lắp hẫng, cầu Calix di 1200m 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 (thờng
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 di 320m dầm
BTCTUST tiết diện hình hộp. Công nghệ ny cũng đợc sử dụng ở nhiều nớc 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 di 240,7m; Tại áo cầu SCHOTTWIEN
nhịp giữa di 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 đợc những
cầu lớn, áp dụng kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép trong xây dựng cầu. Trong thời kỳ n
y ở Nga
đã xây dựng những cầu vòm nhịp đến 116, 120m (Cầu vòm qua kênh đo Mátxkva nhịp
116m, 4 ln đờng 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
Giáo trình Cầu BTCT 8
Năm 1961 cầu Abtozavodsi có 3 nhịp (36,4+148+36,4) l cầu khung dầm có khớp L=148m
(l cầu khung có nhịp di thứ 2 sau cầu Medway ở Anh Nhịp 152m).
BTCT UST hầu nh đợc 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 BTCTUST lớn đầu tiên đã đợc xây dựng ở Mỹ l cầu
Walnut Lane ở Philadelphia, Pennsylvania đợc xây dựng năm 1956.
Cầu đầu tiên thi công bằng công nghệ đúc đẩy l cầu Rio Caroni ở Venezuela do giáo s Fritz
Leonhardt đa vo
iii
, kể từ đó cho đến nay đã có hng trăm cầu đợc thi công theo công nghệ
ny, ví dụ cầu Nuec di 246m (6x41) dầm cao 2,5m rộng 12,4, cầu cạn Oli di 615m (15x41)
dầm cao 3,1m.
Dới đây giới thiệu danh sách những cầu BTCT v BTCTUST có nhịp chính lớn nhất trên thế

giới
Largest Concrete Arch Bridges (Cầu vòm BT)
Bảng 1-1

Name
Location Country Year Span Remarks
1
Wanxiang
Yangzi River China 1996 420
2
Krk-1 (east span)
Krk Island Croatia 1980 390
3
Jiangjiehe
Wu River China 1995 330
4
Yongjiang
Guangxi China 1996 312
5
Gladesville
Sydney Australia 1964 305
6
Ponte da Amizade
Parana River Brazil/Paraguay 1964 290
7
Bloukrans
Bloukrans River South Africa 1983 272
8
Arrỏbida
Oporto Portugal 1963 270

9
Sandử
Kramfors Sweden 1943 264
10
Le Pont Chateaubriand
La Rance France 1991 261
11
Shibenik
Shibenic Bay Croatia 1966 246
12
Barelang
Sumatra Indonesia 1998 245
13
Krk-2 (west span)
Krk Island Croatia 1980 244
14
Jinshajiang-Yibin
Sichuan China 1990 240
15
Beppo-Myouban
Oita Japan 1989 235
16
Fiumarella
Catenzaro Italy 1961 231
17
Zaporoze
Dnepr River Ukraine 1952 228
18
El Rincon Viaduct
Las Palmas Spain 1994 227

19
Novi Sad Danube River Yugoslavia 1961 211
20
Lingenau
Bregentz Austria 1968 210
21
Usagawa
Yamaguchi Japan 1983 204
Largest Concrete Prestressed Girder Bridges (dầm BTCTUST)
Bảng 1-2


Name
Location Country Year Span Remarks
1
Stolmasundet
Austevoll Norway 1998 301
2
Raftsundet
Lofoten Norway 1998 298
3
Humen
Pearl River China 1998 279
4
Varodd
Kristiansand Norway 1994 260
5
Gateway
Brisbane Australia 1986 260
Double pier

supports
6
Skye
Skye Island Britain 1995 250
Giáo trình Cầu BTCT 9

Name
Location Country Year Span Remarks
7
Schottwien
Semmering Austria 1989 250
Double pier
supports
8
Ponte de S. Joao Oporto Portugal 1991 250
9
Northumberland
New Brunswick Canada 1997 250
10
Huangshi
Hubei China 1996 245
11
Koror-Babelthuap
Toagel Channel Palau 1977 241
Collapsed in
1996
12
Hamana
Imagiri-Guchi Japan 1976 240
13

Hikoshima
Shimonoseki Japan 1975 236
14
Norddalsfjord
Sogn-Fjordane Norway 1987 231
15
Urato
Kochi Japan 1972 230
16
Houston Ship Channel
Texas USA 1982 229
17
Puente International
Fray Bentos Uruguay/Argentina 1976 220
Double pier
supports
18
Ponte Tancredo Neves
Iguacu River Brazil/Argentina 1985 220
19
Mooney Creek
Mount White Australia 1986 220
20
Agi-Gawa
Gifu Japan 1985 220
1.1.1. Việt Nam:
ở Việt Nam cầu BTCT đợc xây dựng từ thời Pháp thuộc với các dạng nh cầu bản, cầu dầm
hoặc gin đơn giản, cầu dầm hoặc gin mút thừa đợc thi công theo phơng pháp đúc tại
chỗ. Các kết cấu ny thờng có hai dầm chủ hoặc gin chủ, bản mặt cầu, dầm dọc, dầm
ngang. Bề rộng đờng ô tô khoảng 4-5m ví dụ cầu Ba Cng - QL1 tỉnh Vĩnh Long sơ đồ cầu:

14,5+30+14,5m (Hình 1-1), v các cầu đờng sắt đơn tuyến khổ đờng 1m, các cầu ny có
chiều di nhỏ hơn 20-30(m). Một số dạng dầm liên tục với chiều di nhịp 30-40(m). Cho đến
nay sau một thời gian di sử dụng hoặc do sự tn phá qua các thời kỳ chiến tranh nhiều cầu bị
phá huỷ hoặc h hỏng, xuống cấp phải thay thế bằng những cầu mới, tuy nhiên hiện nay một
số cầu đợc xây dựng từ thời Pháp thuộc hiện vẫn còn đang đợc sử dụng nh cầu Đầu Sấu
QL1 tỉnh Cần Thơ, Cái Xếp (Đồng Tháp), hoặc cầu mút thừa có dầm treo cầu Cái Bờng - QL
80 Đồng Tháp sơ đồ cầu 10+13,6+10m (nhịp đeo di 8,7m, công xon di 2,4m) chiều rộng
cầu 5,2m. Cầu vòm mút thừa Tân Lợi QL 80 Đồng Tháp.

Hình 1-1. Cầu Ba cng QL1 - Tỉnh Vĩnh Long
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, đợc liên kết ngang bằng mối nối hn tại dầm ngang hoặc bằng
bản mặt cầu BTCT đổ tại chỗ. Kết cấu BTCT sử dụng cho cầu nhịp nhỏ nh cầu bản hay cầu
dầm với nhịp dới 22m. Khi kết cấu BTCTUST 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 v xây dựng các cầu
BTCTUST nhịp 24m, 33m (nhịp dẫn cầu Thăng Long H Nội)
Giáo trình Cầu BTCT 10
Tại miền nam trớc 1975: xây dựng rất nhiều cầu BTCTUST sử dụng chủ yếu l 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 ny
chủ yếu đợc chế tạo tại nh máy bê tông Châu Thới.
Sau ngy thống nhất đất nớc chúng ta đã xây dựng nhiều cầu nhịp trung bình v nhịp lớn. Ví
dụ Cầu An Dơng, Cầu Rodạng cầu khung nhịp treo, nhịp dầm chính di 63m (cánh T di
39m dầm treo di 24m). Sau sự cố cầu Ro, cầu Bo Thái Bình đã đợc thi công bằng phơng
pháp đúc hẫng (cánh T di 28m, dầm treo di 33m)
Đặc biệt trong những năm gần đây đã áp dụng những công nghệ tiên tiến trong việc thi công
cầu BTCTUST ví dụ một số cầu xây dựng theo công nghệ đúc hẫng:
+
Cầu Phú Lơng tại thị Xã Hải Dơng, tỉnh Hải Dơng nằm trên Quốc lộ 5 di
490,7m, sơ đồ cầu: 2x37,4+64,75+2x102+64,75+2x37,4.
+

Cầu Sông Gianh Quốc lộ 1 Tỉnh Quảng Bình di 746,4m (37,4+58+90,6+
3x120+90,6+58+37,4).
+
Cầu Phù Đổng (cầu Đuống mới) Quốc lộ 1 (mới) tuyến H Nội Lạng Sơn
Huyện Gia Lâm H Nội di 929m sơ đồ cầu: 65+7x100+65 + 3x33 (m); gồm 9
nhịp liên tục thi công bằng phơng pháp đúc hẫng v 3 nhịp giản đơn thi công bằng
phơng pháp bán lắp ghép (PCI). Chiều rộng ton cầu 15m, phần cầu liên tục tiết
diện hình hộp (2 sờn) chiều cao thay đổi từ 6m (trên trụ) v 2,5m (giữa nhịp). Mặt
cầu sử dụng cốt thép UST. Gối cầu có sử dụng loại Semi-fixed (bán cố định) trên các
trụ P3, P4, P5, P6. Hon thnh tháng 12/2000.
+
Cầu Nh Nguyệt (Đáp cầu) - Quốc lộ 1 (mới) tuyến H Nội Lạng Sơn Thị Xã Bắc
Ninh Tỉnh Bắc Ninh di 428m, sơ đồ cầu: 4 x33 +65+100+65+2x33 (m); mặt cắt
ngang tơng tự nh Đuống. Hon thnh tháng 12/2000.
+
Cầu Hong Long (Hm Rồng) QL 1, qua sông Mã - Tỉnh Thanh Hoá nhịp chính
l 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) v 2,75m (trên mố); chiều rộng ton cầu
12,8m. V một nhịp giản đơn di 49,4m, tiết diện hình hộp có chiều cao không thay
đổi (2,75m).

Hình 1-2. Cầu Sông Gianh Quảng Bình

Giáo trình Cầu BTCT 11
+
Ngoi 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).
Hiện nay chúng ta đang thi công Cầu Kiền Quốc lộ 10 Hải phòng dạng cầu dây văng thi
công bằng công nghệ lắp hẫng....v chuẩn bị thi công cầu Cần Thơ qua sông Hậu có nhịp

chính 550m, cầu Bãi Cháy l cầu dây văng 1 mặt phẳng dây,
Công nghệ đúc đẩy: Cầu Mẹt Tuyến H Nội Lạng Sơn, Cầu Hiền Lơng vợt sông Bến Hải.
nhịp dẫn cầu Quán Hầu (Quảng Bình)
Ngoi việc xây dựng các cầu vợt sông, một trong những vấn đề đang quan tâm hiện nay l
thiết kế v thi công các cầu vợt trong các thnh phố lớn.
1.2. Phơng hớng phát triển
1. Nghiên cứu sử dụng vật liệu mới: Bê tông chất lợng cao (High Performance
Concrete-HPC) v Thép chất lợng cao (High Performance Steel - HPS), fiber-
reinforced polymer (FRP)
2. Kết cấu mới, kết cấu tối u.
3. Nghiên cứu các phơng pháp tính toán truyền thống để tính toán cho kết cấu mới v
các phơng pháp tính toán mới
4. áp dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin: Thiết kế tối u, 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 v cơ giới hoá thi công.

Hình 1-3. Cầu Phù Đổng
Giáo trình Cầu BTCT 12

1.3. Đặc điểm cơ bản của cầu BTCT
1.3.1. Vật liệu:
- Lm bằng BTCT ặ Sử dụng vật liệu địa phơng, cát, đá, XM l chủ yếu
- Thép & BT cùng lm việc: Thép chịu kéo l chủ yếu, cũng có khi chịu nén
1.3.2. Ưu điểm:
1. Sử dụng vật liệu rẻ tiền hơn so với khi sử dụng bằng thép
2. Độ bền cao:
- Sử dụng đợc lâu năm
- Cờng độ BT tăng theo thời gian
- ít chịu ảnh hởng của môi trờng, chịu lửa, không mục, không gỉ, ít bị ăn mòn.
3. Có độ cứng lớn, ít bị ảnh hởng của xung kích do hoạt tải, tiếng ồn nhỏ, dao động ít.

4. Có thể đúc kết cấu thnh hình dáng bất kỳ thoả mãn yêu cầu kiến trúc, mỹ thuật.
5. Tính ton khối (kết cấu nhịp đúc tại chỗ) tốt.
6. Chi phí duy tu bảo dỡng thấp
1.3.3. Nhợc điểm
1. Trọng lợng bản thân lớn, cấu tạo nặng nề, vận chuyển lao lắp khó khăn (không vợt
đợc những kỷ lục về nhịp của cầu thép)
2. Bê tông chịu kéo kém dễ bị nứt: Nhất l BTCT thờng hay bị nứt ặ gỉ cốt thép lm
hạn chế phạm vi sử dụng
iv

3. Thi công phức tạp: Chất lợng bị ảnh hởng bởi phơng pháp thi công, thời tiết;
thêm vật liệu lm ván khuôn.
4. Khó kiểm tra chất lợng công trình.
.....
1.4. Phạm vi áp dụng
Đợc sử dụng rộng rãi đối với mọi loại kết cấu, đặc biệt l kết cấu chịu nén.
Cầu BTCTUST có thể kinh tế đối với nhịp nhỏ v trung bình, v thậm chí những nhịp trong
phạm vi 800ft (243,84m) đã từng đợc xây dựng ở Nhật Bản. Ngy nay cầu BTCTUST đã hầu
nh trở thnh dạng đợc a chuộng đối với nhịp ngắn, nhịp trung bình hơn cả cầu thép.
1.5. Các Tiêu chuẩn thiết kế
Trong phần giáo trình ny phần nội dung sẽ tuân theo v tham khảo một số quy trình sau:
+
Tiêu chuẩn Việt Nam: Quy trình Quy phạm kỹ thuật trong công tác xây dựng cơ
bản, tập II của Bộ giao thông Vận tải, số: 2057 QĐ/KT4 ngy 19 tháng 9 năm 1979.
+
Tiêu chuẩn AASHTO LRFD (American Association of State Highway and
Transportation Officials) 1998.