Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính cong trong cầu bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo phương pháp đà giáo di động

ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

TRẦN CÔNG CHÁNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÁN KÍNH CONG
TRONG CẦU BÊ TƠNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ðÀ GIÁO DI ðỘNG

CHUYÊN NGÀNH: ðƯỜNG Ô TÔ VÀ ðƯỜNG THÀNH PHỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2009


-ii

CƠNG TRÌNH ðƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA
ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN

Cán bộ chấm nhận xét 1:...............................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 :..............................................................................................

Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ tại: Hð CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 17 tháng 10 năm 2009

-iiii

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
ðộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 02 tháng 02 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:
Ngày, tháng, năm sinh:
Chun ngành:
MSHV:

TRẦN CƠNG CHÁNH
Phái:
Nam.
03/01/1981
Nơi sinh:
Quảng Ngãi
Xây dựng đường ơ tơ và đường thành phố.
00105004

1- TÊN ðỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÁN KÍNH CONG
TRONG CẦU BÊ TƠNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ðÀ GIÁO DI ðỘNG
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
2.1 Nhiệm vụ: Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính cong trong cầu bê tơng cốt thép
dự ứng lực thi cơng theo phương pháp đà giáo di ñộng
2.2 Nội dung:
Chương mở ñầu
Chương 1: Tổng quan về các công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực
liên tục nhiều nhịp.
Chương 2: Công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực theo phương pháp
ñà giáo di ñộng.
Chương 3: Giới thiệu các lý thuyết tính tốn cầu cong
Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính cong và chiều dài nhịp đến nội
lực trong cầu bê tong cốt thép dự ứng lực thi cơng theo phương pháp
đà giáo di động.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
02/02/2009
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/07/2009.
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN.
Nội dung và ñề cương Luận văn thạc sĩ ñã ñược Hội ðồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. PHÙNG MẠNH TIẾN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

KHOA
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

-iiiiii

LI
I CM
N
C M N
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trờng, bên cạnh sự nỗ
lực của bản thân, tôi đà nhận đợc sự giúp đỡ hớng dẫn tận tình của
Quý thầy cô ở Bộ môn Cầu đờng - Trờng đại học Bách Khoa Thành
phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Phùng
Mạnh Tiến đà nhiệt tình hớng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề
tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đà quan tâm,
đóng góp ý kiến, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trờng.
trờng.
Cảm ơn Gia đình đà quan tâm động
động viên, giúp đỡ tôi trong chặng
đờng học tập và nghiên cứu.
Tp HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2009
Học viên

Trần Công Chánh


-iviv

TĨM TẮT
Cơng nghệ thi cơng cầu bê tơng cốt thép dự ứng lực theo phương pháp ñà giáo
di ñộng ñã và ñang ñược ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới do những ưu

ñiểm của phương pháp này mang lại như thời gian thi công nhanh, không chiếm
dụng mặt bằng thi công rộng, không gây cản trở, ách tắc trong q trình thi cơng
(đặc biệt thích hợp khi thi cơng những cầu cạn), có thể thi cơng ở những khu vực
thung lũng sâu, vùng ñất yếu, ñịa chất phức tạp. Tuy nhiên, ở nước ta công nghệ
này vẫn cịn rất sơ khai, chưa có những chỉ dẫn cụ thể. Vì vậy, tác giả tiến hành
nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ thi cơng các cơng trình cầu cong bằng phương
pháp đà giáo di động và phân tích ứng xử nội lực trong q trình thi cơng.
Trong luận văn sử dụng phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil để mơ hình
hóa và phân tích nội lực của cơng trình cầu thi cơng theo phương pháp đà giáo di
động. ðối tượng nghiên cứu trong luận văn là sơ ñồ cầu cong loại kết cấu nhịp liên
tục với mặt cắt ngang một hộp kín, chiều cao tiết diện khơng thay đổi trên suốt
chiều dài cầu. Với hai dạng sơ đồ bố trí nhịp: sơ đồ bố trí 5 nhịp có chiều dài bằng
nhau và sơ đồ bố trí 5 nhịp có chiều dài nhịp biên bằng 0.8 lần nhịp giữa. Chiều dài
nhịp giữa trong các sơ ñồ nghiên cứu lần lượt là 40m, 45m, 50m, 55m, 60m và 65m,
tương ứng với các bán kính cong trên mặt bằng lần lượt R = 250m, 300m, 350m,
400m, và 500m.
Kết quả nghiên cứu cho thấy các giá trị nội lực Nx, My, Qz thay ñổi khơng
đáng kể khi thay đổi bán kính cong R, do đó trong q trình tính tốn phân tích nội
lực có thể bỏ qua ảnh hưởng của bán kính cong R ñến các giá trị nội lực My, Nx,
Qz.
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy sự thay đổi mơ men Mx trong nhịp thứ i do
trạng thái thi công thứ j gây ra tỷ lệ nghịch với sự gia tăng bán kính cong R theo
biểu thức: M xR , L i , j = M x250,L i , j x

250
, (j ≥ i). ðồng thời kết quả nghiên cứu ñưa ra biểu
R

thức kết hợp với ñồ thị dùng ñể xác ñịnh mơ men Mx ở mỗi nhịp đối với sơ đồ cầu

-vv

có chiều dài nhịp từ 40m đến 65m.
Kết quả nghiên cứu giúp kỹ sư thiết kế, những nhà quản lý dự án hiểu rõ hơn
về sự làm việc của kết cấu cầu cong khi thi cơng bằng cơng nghệ đà giáo di ñộng.
Sử dụng kết quả nghiên cứu ñể xác ñịnh nội lực ở mỗi nhịp, dự ñoán ñược nội lực ở
giai đoạn thi cơng tiếp theo.


-vivi

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ........................................................................ ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
TÓM TẮT .................................................................................................................iv
MỤC LỤC.................................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ............................................................................. xi
MỞ ðẦU ....................................................................................................................1
1. ðặt vấn ñề nghiên cứu ..........................................................................................1
2. Cơ sở lý luận và tính thực tiễn của ñề tài............................................................3
3. Nội dung nghiên cứu của ñề tài............................................................................3
4. Phạm vi nghiên cứu của ñề tài. ............................................................................4
5. Một số hình ảnh thi cơng cầu cong bằng cơng nghệ ñà giáo di ñộng trên thế
giới. .............................................................................................................................4
CHƯƠNG 1................................................................................................................7
TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU BÊ TÔNG CỐT
THÉP DỰ ỨNG LỰC LIÊN TỤC NHIỀU NHỊP .................................................7
1.1

Tổng quan về công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực liên tục

nhiều nhịp....................................................................................................................7
1.1.1

Công nghệ thi công cầu trên hệ thống đà giáo cố định ...................................7

1.1.2

Cơng nghệ đúc hẫng và lắp hẫng ....................................................................8

1.1.3

Cơng nghệ đúc đẩy..........................................................................................9

1.1.4

Cơng nghệ đà giáo di động .............................................................................9

1.1.4.1 Sự ra đời của cơng nghệ đà giáo di động ........................................................9
1.1.4.2 Tình hình thi cơng cầu theo cơng nghệ đà giáo di động trên thế giới..........10
1.1.4.3 Tình hình thi cơng cầu theo cơng nghệ đà giáo di ñộng ở Việt Nam. ........12
CHƯƠNG 2..............................................................................................................13
CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
THEO PHƯƠNG PHÁP ðÀ GIÁO DI ðỘNG ...................................................13


-viivii

2.1 Tổng qt sơ đồ ngun lý của cơng nghệ đà giáo di động và tính năng của
cơng nghệ ..................................................................................................................13
2.1.1 Tổng qt sơ đồ ngun lý hoạt động của cơng nghệ đà giáo di động............13
2.1.2 Tính năng cơ bản của cơng nghệ.....................................................................13
2.2 Cấu tạo và ngun lý hoạt động các bộ phận chính của hệ thống đà giáo di
động. 14
2.2.1 Dầm chính .......................................................................................................14
2.2.2 Mũi dẫn ...........................................................................................................16
2.2.3 Dầm ngang ......................................................................................................16
2.2.4 Hệ thống bàn trượt lao dầm.............................................................................17
2.2.5 Khung treo.......................................................................................................18
2.2.6 Trụ ñỡ ...............................................................................................................19
2.2.7 Hệ đỡ đà giáo ..................................................................................................20
2.2.8 Hệ ván khn ..................................................................................................22
2.2.9 Thiết bị lao, thiết bị thuỷ lực ............................................................................24
2.3 Các loại hình của cơng nghệ và chu trình hoạt động .........................................25
2.3.1 Hệ thống ñà giáo di ñộng loại ñẩy dưới, ñúc trên..........................................26
2.3.2 Hệ thống ñà giáo di ñộng loại ñẩy trên, ñúc dưới..........................................28
2.3.3 Hệ thống ñà giáo di ñộng loại ñẩy dưới, đúc lưng chừng..............................30
CHƯƠNG 3..............................................................................................................33
GIỚI THIỆU CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CẦU CONG...........................33
3.1 Tính tốn dầm cong chịu uốn và xoắn thuần túy ...............................................33
3.1.1 Trạng thái cân bằng lực....................................................................................33
3.1.2 Mối liên hệ giữa ứng suất và chuyển vị ...........................................................35
3.2 Tính tốn dầm cong theo lý thuyết thanh thành mỏng........................................37
3.2.1 Xác ñịnh nội lực trong dầm..............................................................................37
3.2.2 Xác ñịnh ứng suất trong dầm ...........................................................................40
3.2.2.1 Thanh dầm chịu uốn......................................................................................40
3.2.2.2 Thanh dầm chịu xoắn ....................................................................................45

-viiiviii

3.3 Tính tốn dầm cong theo phương pháp phần tử hữu hạn....................................53
3.3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình 6 bậc tự do ..................................53
3.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn với mơ hình 7 bậc tự do ..................................63
3.4 Phần mềm sử dụng trong tính tốn phân tích kết cấu ........................................68
CHƯƠNG 4..............................................................................................................70
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÁN KÍNH CONG VÀ CHIỀU DÀI
NHỊP ðẾN NỘI LỰC TRONG CƠNG TRÌNH CẦU THI CÔNG THEO
PHƯƠNG PHÁP ðÀ GIÁO DI ðỘNG ................................................................70
4.1 Các thơng số dữ liệu cơ bản ................................................................................70
4.1.1 Mơ hình nghiêu cứu .........................................................................................70
4.1.2 Sơ đồ các giai đoạn thi cơng ............................................................................72
4.1.3 Tải trọng ...........................................................................................................74
4.2 Kết quả phân tích trường hợp sơ đồ cầu có chiều dài nhịp khơng thay đổi.......75
4.2.1 Nội lực trong nhịp 1. ........................................................................................84
4.2.1.1 Mô men Mx lớn nhất.....................................................................................84
4.2.1.2 Mô men Mx nhỏ nhất....................................................................................87
4.2.2 Nội lực trong nhịp 2. ........................................................................................90
4.2.2.1 Mô men Mx lớn nhất.....................................................................................90
4.2.2.2 Mô men Mx nhỏ nhất....................................................................................92
4.2.3 Nội lực trong nhịp 3. ........................................................................................95
4.2.3.1 Mô men Mx lớn nhất.....................................................................................95
4.2.3.2 Mô men Mx nhỏ nhất....................................................................................98
4.2.4 Nội lực trong nhịp 4. ......................................................................................100
4.2.4.1 Mô men Mx lớn nhất...................................................................................100
4.2.4.2 Mô men Mx nhỏ nhất..................................................................................102
4.2.5 Nội lực trong nhịp 5. ......................................................................................104
4.2.5.1 Mô men Mx lớn nhất...................................................................................104

4.2.5.2 Mô men Mx nhỏ nhất..................................................................................106
4.2.6 Ảnh hưởng của bán kính cong R đến sự thay đổi mô men Mx. ....................107


-ixix

4.3 Kết quả phân tích trường hợp sơ đồ cầu có chiều dài nhịp biên bằng 0.8 lần
nhịp giữa..................................................................................................................110
4.3.1 Nội lực trong nhịp 1. ......................................................................................110
4.3.1.1 Mô men Mx lớn nhất...................................................................................110
4.3.1.2 Mô men Mx nhỏ nhất..................................................................................112
4.3.2 Nội lực trong nhịp 2. ......................................................................................114
4.3.2.1 Mô men Mx lớn nhất...................................................................................114
4.3.2.2 Mô men Mx nhỏ nhất..................................................................................116
4.3.3 Nội lực trong nhịp 3. ......................................................................................118
4.3.3.1 Mô men Mx lớn nhất...................................................................................118
4.3.3.2 Mô men Mx nhỏ nhất..................................................................................120
4.3.4 Nội lực trong nhịp 4. ......................................................................................122
4.3.4.1 Mô men Mx lớn nhất...................................................................................122
4.3.4.2 Mô men Mx nhỏ nhất..................................................................................124
4.3.5 Nội lực trong nhịp 5. ......................................................................................125
4.3.5.1 Mô men Mx lớn nhất...................................................................................125
4.3.5.2 Mô men Mx nhỏ nhất..................................................................................126
4.3.6 Ảnh hưởng của bán kính cong R đến sự thay đổi mô men Mx. ....................127
CHƯƠNG 5............................................................................................................131
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................131
5.1 Kết luận ............................................................................................................131
5.2 Kiến nghị. .........................................................................................................132
PHỤ LỤC ................................................................................................................... I
Phụ lục A. Kết quả phân tích trường hợp cầu có sơ ñồ bố trí 5 nhịp bằng nhau ........ I

Phụ lục B: Kết quả phân tích trường hợp cầu có sơ ñồ bố trí chiều dài nhịp biên
bằng 0.8 lần chiều dài nhịp giữa .............................................................................XX


-xx

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1 Một số cầu trên thế giới thi cơng bằng cơng nghệ đà giáo di động........... 11
Bảng 2.1. Các thơng số kỹ thuật của của một số trang thiết bị chủ yếu dùng thi cơng
cầu có khẩu độ 40m và 50m [10]. ................................................................................... 25
Bảng 4.1. Các giai đoạn thi cơng ..............................................................................73
Bảng 4.2. Sự thay ñổi lực cắt Qz theo bán kính cong R ..........................................82
Bảng 4.3. Sự thay đổi mơ men uốn My theo bán kính cong R ................................83
Bảng 4.4. Sự thay đổi lực dọc Nx theo bán kính cong R.........................................83
Bảng 4.5. Sự thay đổi mô men Mx ở nhịp i, trạng thái thi công j..........................107
Bảng 4.6. Sự thay đổi mơ men Mx ở nhịp i, trạng thái thi công j..........................128


-xixi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 0.1. Thi cơng tuyến đường sắt trên cao ở ðài Loan, gói thầu C250 .................4
Hình 0.2. Thi cơng cầu cong bằng cơng nghệ đà giáo di động..................................5
Hình 0.3. Thi cơng đường cao tốc ở ðài Loan, gói thầu C381..................................5
Hình 0.4. Thi cơng cầu cong bằng cơng nghệ đà giáo di động ở Trung Quốc ..........6
Hình 0.5. Thi cơng đường trên cao ở Hàn Quốc........................................................6
Hình 1.1. Cơng nghệ thi cơng cầu đúc hẫng và lắp hẫng...........................................8
Hình 1.2. Thi cơng cầu bằng cơng nghệ đúc đẩy.......................................................9
Hình 1.3. Tỷ lệ chiều dài nhịp thường áp dụng .......................................................11
Hình 1.4. Thi cơng cầu Thanh Trì bằng cơng nghệ đà giáo di động .......................12

Hình 2.1. Các dạng dầm chính .................................................................................15
Hình 2.2. Các dạng mũi dẫn.....................................................................................16
Hình 2.3. Các dạng dầm ngang ................................................................................17
Hình 2.4. Hệ thống kích thủy lực và thanh treo .......................................................17
Hình 2.5. Thi cơng lắp đặt bàn trượt ........................................................................18
Hình 2.6. Các dạng khung treo.................................................................................19
Hình 2.7. Bố trí trụ đỡ hệ đà giáo trên đỉnh trụ cầu .................................................20
Hình 2.8. Các dạng hệ ñỡ ñà giáo di ñộng ...............................................................21
Hình 2.9. Các dạng thanh treo hệ đỡ đà giáo di động..............................................21
Hình 2.10. Thi cơng lắp dựng ván khn trong .......................................................22
Hình 2.11. Hệ ván khn ngồi ...............................................................................24
Hình 2.12. Hệ thống kích thủy lực ...........................................................................24
Hình 2.13. Sơ ñồ hệ thống ñà giáo loại ñẩy dưới ñúc trên.......................................26
Hình 2.14. Mặt cắt ngang của hệ thống đà giáo ñẩy dưới ñúc trên .........................26
Hình 2.15. Sơ ñồ hệ thống ñà giáo loại ñẩy trên ñúc dưới.......................................28
Hình 2.16. Mặt cắt ngang của cơng nghệ đà giáo loại đẩy trên đúc dưới................28
Hình 2.17. Sơ đồ hệ thống đà giáo đẩy dưới ñúc lưng chừng..................................31
Hình 2.18. Mặt cắt ngang của hệ thống ñà giáo loại ñẩy dưới ñúc lưng chừng ......31


-xiixii

Hình 3.1. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm cong.....................................................33
Hình 3.2. ðoạn dầm có chiều dài ds ........................................................................34
Hình 3.3. Mối liên hệ giữa ứng suất và chuyển vị ...................................................35
Hình 3.4. Góc xoắn của dầm cong ...........................................................................36
Hình 3.5. Tải trọng tác dụng lên mặt cắt ngang.......................................................37
Hình 3.6. Thanh dầm chịu uốn.................................................................................41
Hình 3.7. Phân tố dầm chịu ứng suất tiếp ................................................................44
Hình 3.8. Thanh dầm chịu xoắn ...............................................................................45

Hình 3.9. Phân tố dầm chịu ứng suất tiếp bị trượt ...................................................46
Hình 3.10. Phân tố dầm chịu xoắn ...........................................................................47
Hình 3.11. Mơ hình xác định tâm xoắn....................................................................51
Hình 3.12. Phần tử thanh 6 bậc tự do.......................................................................54
Hình 3.13. Mơ hình xác định trục tọa độ phần tử ....................................................60
Hình 3.14. Phần tử thanh 7 bậc tự do.......................................................................63
Hình 4.1. Mặt cắt ngang điển hình...........................................................................71
Hình 4.2. Mặt bằng bố trí cáp dự ứng lực nhịp 1.....................................................71
Hình 4.3. Mặt đứng bố trí cáp dự ứng lực nhịp 1 ....................................................72
Hình 4.4. Mặt bằng bố trí cáp dự ứng lực nhịp 2 và nhịp 3.....................................72
Hình 4.5. Mặt đứng bố trí cáp dự ứng lực nhịp 2 và nhịp 3 ....................................72
Hình 4.6. Mặt bằng bố trí cáp dự ứng lực nhịp 4 và nhịp 5.....................................72
Hình 4.7. Mặt đứng bố trí cáp dự ứng lực nhịp 4 và nhịp 5 ....................................72
Hình 4.8. Sơ đồ các giai đoạn thi cơng ....................................................................73
Hình 4.9. Biểu đồ My, trạng thái CS1a....................................................................75
Hình 4.10. Biểu đồ My, trạng thái CS1b .................................................................75
Hình 4.11. Biểu đồ My, trạng thái CS2a..................................................................75
Hình 4.12. Biểu đồ My, trạng thái CS2b .................................................................75
Hình 4.13. Biểu đồ My, trạng thái CS3a..................................................................76
Hình 4.14. Biểu đồ My, trạng thái CS3b .................................................................76
Hình 4.15. Biểu ñồ My, trạng thái CS4a..................................................................76


-xiiixiii

Hình 4.16. Biểu đồ My, trạng thái CS4b .................................................................76
Hình 4.17. Biểu đồ My, trạng thái CS5a..................................................................76
Hình 4.18. Biểu đồ My, trạng thái CS5b .................................................................76
Hình 4.19. Biểu đồ Mx, trạng thái CS1a..................................................................77
Hình 4.20. Biểu đồ Mx, trạng thái CS1b .................................................................77

Hình 4.21. Biểu đồ Mx, trạng thái CS2a..................................................................77
Hình 4.22. Biểu đồ Mx, trạng thái CS2b .................................................................77
Hình 4.23. Biểu đồ Mx, trạng thái CS3a..................................................................77
Hình 4.24. Biểu đồ Mx, trạng thái CS3b .................................................................78
Hình 4.25. Biểu đồ Mx, trạng thái CS4a..................................................................78
Hình 4.26. Biểu đồ Mx, trạng thái CS4b .................................................................78
Hình 4.27. Biểu đồ Mx, trạng thái CS5a..................................................................78
Hình 4.28. Biểu đồ Mx, trạng thái CS5b .................................................................78
Hình 4.29. Biểu đồ Qz, trạng thái CS1a...................................................................79
Hình 4.30. Biểu đồ Qz, trạng thái CS1b ..................................................................79
Hình 4.31. Biểu đồ Qz, trạng thái CS2a...................................................................79
Hình 4.32. Biểu đồ Qz, trạng thái CS2b ..................................................................79
Hình 4.33. Biểu đồ Qz, trạng thái CS3a...................................................................79
Hình 4.34. Biểu đồ Qz, trạng thái CS3b ..................................................................80
Hình 4.35. Biểu đồ Qz, trạng thái CS4a...................................................................80
Hình 4.36. Biểu đồ Qz, trạng thái CS4b ..................................................................80
Hình 4.37. Biểu đồ Qz, trạng thái CS5a...................................................................80
Hình 4.38. Biểu đồ Qz, trạng thái CS5b ..................................................................80
Hình 4.39. Biểu đồ Nx, trạng thái CS1a ..................................................................81
Hình 4.40. Biểu đồ Nx, trạng thái CS1b ..................................................................81
Hình 4.41. Biểu đồ Nx, trạng thái CS2a ..................................................................81
Hình 4.42. Biểu ñồ Nx, trạng thái CS2b ..................................................................81
Hình 4.43. Biểu ñồ Nx, trạng thái CS3a ..................................................................81
Hình 4.44. Biểu đồ Nx, trạng thái CS3b ..................................................................81


-xivxiv

Hình 4.45. Biểu đồ Nx, trạng thái CS4a ..................................................................82
Hình 4.46. Biểu đồ Nx, trạng thái CS4b ..................................................................82

Hình 4.47. Biểu đồ Nx, trạng thái CS5a ..................................................................82
Hình 4.48. Biểu đồ Nx, trạng thái CS5b ..................................................................82
Hình 4.49. Hệ số

k1cs,max

, dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực ......85

Hình 4.50. Hệ số k1cs,max , dùng để tính tốn Mx giai ñoạn sau căng cáp dự ứng lực .85
Hình 4.51. Hệ số k1L,max ..............................................................................................86
Hình 4.52. Hệ số k1cs, min , dùng ñể tính Mx giai ñoạn trước căng cáp dự ứng lực ......88
Hình 4.53. Hệ số k1cs, min , dùng để tính Mx giai đoạn sau căng cáp dự ứng lực .........88
Hình 4.54. Hệ số k1L, min ..............................................................................................89
Hình 4.55. Hệ số k 2cs,max , dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực .....90
Hình 4.56. Hệ số k 2cs,max , dùng để tính tốn Mx giai đoạn sau căng cáp dự ứng lực.91
Hình 4.57. Hệ số k 2L,max .............................................................................................91
Hình 4.58. Hệ số k 2cs,min , dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực......93
Hình 4.59. Hệ số k 2cs,min , dùng để tính Mx giai ñoạn sau căng cáp dự ứng lực.........93
Hình 4.60. Hệ số k 2L,min .............................................................................................94
Hình 4.61. Hệ số k3cs,max , dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực......96
Hình 4.62. Hệ số k3cs,max , dùng để tính Mx giai ñoạn sau căng cáp dự ứng lực.........96
Hình 4.63. Hệ số

k3L,max

.............................................................................................97

Hình 4.64. Hệ số

k3cs,min

, dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực ......98

Hình 4.65. Hệ số k3cs,min , dùng để tính Mx giai đoạn sau khi căng cáp dự ứng lực ...99
Hình 4.66. Hệ số k3L,min ..............................................................................................99
Hình 4.67. Hệ số k 4cs,max , dùng để tính Mx trước và sau căng cáp ..........................101
Hình 4.68. Hệ số k 4L,max ...........................................................................................101


-xvxv

Hình 4.69. Hệ số k 4cs,min , dùng để tính Mx trước và sau căng cáp...........................103
Hình 4.70. Hệ số k 4L,min ...........................................................................................103
Hình 4.71. Hệ số k5L,max ...........................................................................................105
Hình 4.72. Hệ số k5L,min ............................................................................................106
Hình 4.73. Hệ số k1cs,max , dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực ....111
Hình 4.74. Hệ số k1cs,max , dùng để tính Mx giai ñoạn sau căng cáp dự ứng lực .......111
Hình 4.75. Hệ số

k1L,max

............................................................................................112

Hình 4.76. Hệ số k1cs, min , dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực ....113
Hình 4.77. Hệ số k1cs, min , dùng để tính Mx giai đoạn sau căng cáp dự ứng lực .......113
Hình 4.78. Hệ số k1L, min ............................................................................................114
Hình 4.79. Hệ số k 2cs,max , dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực ...115
Hình 4.80. Hệ số k 2cs,max , dùng để tính Mx giai đoạn sau căng cáp dự ứng lực.......115
Hình 4.81. Hệ số k 2L,max ...........................................................................................116
Hình 4.82. Hệ số k 2cs,min , dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực....117

Hình 4.83. Hệ số k 2cs,min , dùng để tính Mx giai đoạn sau căng cáp dự ứng lực.......117
Hình 4.84. Hệ số k 2L,min ...........................................................................................118
Hình 4.85. Hệ số k3cs,max , dùng để tính Mx giai ñoạn trước căng cáp dự ứng lực....119
Hình 4.86. Hệ số k3cs,max , dùng để tính Mx giai đoạn sau căng cáp dự ứng lực.......119
Hình 4.87. Hệ số k3L,max ...........................................................................................120
Hình 4.88. Hệ số k3cs,min , dùng để tính Mx giai đoạn trước căng cáp dự ứng lực ....121
Hình 4.89. Hệ số k3cs,min , dùng để tính Mx giai đoạn sau căng cáp dự ứng lực .......121
Hình 4.90. Hệ số k3L,min ............................................................................................122
Hình 4.91. Hệ số k 4cs,max , dùng để tính Mx trước và sau căng cáp ..........................123
Hình 4.92. Hệ số k 4L,max ...........................................................................................123


-xvixvi

Hình 4.93. Hệ số k 4cs,min , dùng để tính Mx trước và sau căng cáp...........................124
Hình 4.94. Hệ số

k 4L,min

...........................................................................................125

Hình 4.95. Hệ số k5L,max ...........................................................................................126
Hình 4.96. Hệ số k5L,min ............................................................................................127


-1-

MỞ ðẦU
1. ðặt vấn đề nghiên cứu
Trong tiến trình cơng nghiệp hố và hiện đại hố đất nước, sự nghiệp xây dựng

hạ tầng giao thơng vận tải đã và đang trở thành một trong những nhiệm vụ cấp bách
hàng ñầu của ngành giao thông vận tải. Việc nắm bắt, tiếp thu các kiến thức khoa
học công nghệ mới và áp dụng có hiệu quả những thành tựu tiến bộ kỹ thuật hiện
ñại của thế giới nhằm ñẩy nhanh tốc ñộ thi cơng, nâng cao chất lượng các cơng trình
xây dựng là một vấn ñề hết sức quan trọng.
Từ những năm 1990, các cơng nghệ hiện đại thi cơng cầu bê tông cốt thép dự
ứng lực liên tục nhiều nhịp như: cơng nghệ đúc đẩy, cơng nghệ đúc hẫng cân
bằng,… đã ñược nước ta ứng dụng triển khai thi công thành cơng một số cơng trình
cầu lớn . Chỉ tính trong thời gian từ năm 1995 ñến năm 2005, ngành giao thơng vận
tải nước ta đã xây dựng được 8 cầu bê tơng cốt thép dự ứng lực có khẩu độ nhịp từ
40m đến 50m bằng cơng nghệ đúc đẩy, gần 60 cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp
từ 70m đến 130m bằng cơng nghệ đúc hẫng và 5 cầu dây văng có khẩu độ nhịp lớn
hơn 200m [9]. Tuy nhiên các cơng nghệ này vẫn cịn một số ñiểm hạn chế như: thời
gian thi công kéo dài, số lượng cốt thép dự ứng lực ở giai ñoạn thi cơng nhiều hơn
rất nhiều so với giai đoạn khai thác, và khó áp dụng để triển khai thành cơng các dự
án cầu cạn, đường trên cao có chiều dài hàng chục cây số.
Công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực theo phương pháp ñà giáo
di ñộng ñã và ñang ñược ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, ở
nước ta công nghệ này vẫn cịn rất sơ khai, chưa được các kỹ sư thiết kế, các chủ
ñầu tư, các nhà quản lý dự án quan tâm và mạnh dạn ñưa vào dự án. Trong tương lai
gần, cùng với quá trình phát triển của ñất nước, hàng loạt các tuyến ñường trên cao
sẽ ñược xây dựng mới (dự án ñường trên cao ven kênh Nhiêu lộc – Thị Nghè), chắc
chắn cơng nghệ đà giáo di động khơng thể bỏ qua vì tính lợi thế và hiệu quả thiết
thực của nó.


-2-

Ưu điểm của cơng nghệ thi cơng cầu theo phương pháp đà giáo di động là thời
gian thi cơng nhanh, đặc biệt thích hợp khi thi cơng những cầu cạn trong thành phố,

mà ở đó sự cần thiết phải đảm bảo giao thơng bình thường, khơng gây cản trở, ách
tắc trong q trình thi cơng. Ngồi ra, khi triển khai vận hành công nghệ không
chiếm dụng mặt bằng thi công rộng, từ đó làm giảm chi phí đền bù giải tỏa. Lợi thế
khác của cơng nghệ này là có thể áp dụng để thi cơng những cầu vượt qua vùng ñất
yếu, khó giải quyết các vấn ñề kỹ thuật gia cố nền đất và có thể thi cơng ở những
khu vực thung lũng sâu, ñịa chất phức tạp.
ðối với những cơng trình được thiết kế với nhiều chủng loại hạng mục kết
cấu khác nhau, trong đó có nhiều dầm liên tục nằm ở khoảng giữa chiều dài cầu thì
việc áp dụng cơng nghệ đà giáo di động là giải pháp có tính khả thi và mang lại hiệu
quả kỹ thuật, kinh tế. Trong trường hợp như vậy, sau khi xây dựng xong các trụ cầu,
hệ thống đà giáo ván khn và các bộ phận kết cấu công nghệ liên quan khác ñược
vận chuyển ñến ñể lắp ráp và tiến hành thi cơng cơng trình.
Cơng nghệ thi cơng cầu bằng phương pháp đà giáo di động nói chung cịn
đang mới ở nước ta, nhưng xét về bản chất, sơ ñồ cấu tạo kết cấu và cơ chế, ñặc biệt
giải pháp “ñẩy dưới ñúc trên” trên thực tế ñã quen thuộc với các nhà thầu trong
nước qua việc áp dụng các công nghệ như ñúc ñẩy, ñúc hẫng.
Xuất phát từ những ñặc ñiểm trên, tác giả tiến hành nghiên cứu ứng dụng
công nghệ thi cơng các cơng trình cầu cong1 bằng cơng nghệ đà giáo di động với
mục đích phân tích ứng xử nội lực trong q trình thi cơng cơng trình cầu, tìm ra
cơng thức tính nội lực ở mỗi nhịp theo các giai đoạn thi cơng. Từ đó giúp kỹ sư thiết
kế, những nhà quản lý dự án hiểu rõ hơn về sự làm việc của kết cấu cầu cong khi thi
cơng bằng cơng nghệ đà giáo di động và có thể sử dụng cơng thức để xác định nội
lực trong kết cấu nhịp trong quá trình thiết kế và thi cơng.

1

Cầu có bán kính cong R trên mặt bằng


-3-

2. Cơ sở lý luận và tính thực tiễn của ñề tài
Trong bối cảnh nước ta hiện nay, tốc ñộ phát triển ở các đơ thị ngày càng
mạnh, đặc biệt là ở các thành phố lớn đã dẫn đến tình trạng dân cư tập trung đơng ở
các đơ thị này, làm tăng mật độ giao thơng dẫn đến tình trạng ùn tắt giao thơng
thường xun xảy ra. Trong khi đó hệ thống giao thơng ở các đơ thị này khơng phát
triển, ngày càng trở nên chật hẹp, diện tích dành cho xây dựng các cơng trình giao
thơng là hạn hẹp và gặp nhiều khó khăn trong việc quy hoạch giải phóng mặt bằng
đã gây ảnh hưởng khơng nhỏ đến nhịp ñộ phát triển kinh tế của thành phố nói riêng
và của cả nước nói chung. Việc nâng cấp mở rộng các tuyến giao thông như hiện
nay chỉ là giải pháp tình thế, chưa mang lại hiệu quả cao. Do đó việc xây dựng các
cơng trình cầu vượt, các cơng trình ñường trên cao là thực sự cần thiết ñể giải quyết
vấn đề ùn tắt giao thơng như hiện nay.
Thi cơng các cơng trình cầu vượt, cầu cạn, đường trên cao thì cơng nghệ thi
cơng theo phương pháp đà giáo di ñộng là một giải pháp cần ñược xem xét, lựa
chọn vì những tính ưu việt của nó (đã được giới thiệu ở mục 1). Tuy nhiên, việc
nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ này trong thực tế vẫn cịn khá mới mẻ ở nước ta,
hiện nay chỉ mới ở giai ñoạn khởi ñầu.
Kết quả nghiên cứu của ñề tài sẽ ñáp ứng ñược nhu cầu thực tiễn nêu trên,
giúp cho kỹ sư thiết kế và các nhà quản lý dự án hiểu rõ ñược cơ chế làm việc của
cầu cong thi cơng bằng cơng nghệ đà giáo di động. ðồng thời kết quả phân tích giúp
cho kỹ sư thiết kế dự đốn được trường hợp nội lực bất lợi, vị trí bất lợi nhất trong
kết cấu ở các giai đoạn thi cơng.
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài
ðề tài ñược thực hiện với các nội dung sau :
- Tổng quan về các công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực liên
tục nhiều nhịp
- Công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực theo phương pháp ñà
giáo di ñộng

-4-

- Giới thiệu các lý thuyết tính tốn cầu cong
- Nghiên cứu ảnh hưởng của bán kính cong và chiều dài nhịp của cơng trình
cầu thi cơng theo phương pháp ñà giáo di ñộng
- Kết luận và kiến nghị
4. Phạm vi nghiên cứu của ñề tài.
ðề tài ñược nghiên cứu cho cầu cong loại kết cấu nhịp liên tục với mặt cắt
ngang một hộp kín, chiều cao khơng thay đổi trên suốt chiều dài cầu. Với sơ các sơ
ñồ bố trí nhịp :
- Sơ đồ cầu có 5 nhịp bằng nhau, chiều dài nhịp lần lượt là 40m, 45m, 50m,
55m, 60m và 65m. Mỗi trường hợp chiều dài nhịp L nghiên cứu với các bán kính
cong trên mặt bằng lần lượt R = 250m, 300m, 350m, 400m, và 500m.
- Sơ ñồ cầu 5 nhịp có nhịp biên bằng 0.8L nhịp giữa, chiều dài nhịp giữa lần
lượt là 40m, 45m, 50m, 55m, 60m và 65m. Mỗi trường hợp chiều dài nhịp L nghiên
cứu với các bán kính cong trên mặt bằng lần lượt R = 250m, 300m, 350m, 400m, và
500m.
5. Một số hình ảnh thi cơng cầu cong bằng cơng nghệ đà giáo di động trên thế
giới.

Hình 0.1. Thi cơng tuyến ñường sắt trên cao ở ðài Loan, gói thầu C250


-5-

Hình 0.2. Thi cơng cầu cong bằng cơng nghệ đà giáo di động

Hình 0.3. Thi cơng đường cao tốc ở ðài Loan, gói thầu C381

-6-

Hình 0.4. Thi cơng cầu cong bằng cơng nghệ đà giáo di động ở Trung Quốc

Hình 0.5. Thi cơng đường trên cao ở Hàn Quốc


-7-

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU BÊ TÔNG
CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC LIÊN TỤC NHIỀU NHỊP
1.1

Tổng quan về công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực liên
tục nhiều nhịp
Công nghệ chế tạo bê tơng cốt thép cường độ cao và dầm bê tơng cốt thép dự

ứng lực được phát minh trên thế giới từ những năm ñầu của thế kỷ trước, thành tựu
này ñã ñược ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng cầu trên thế giới. Từ khi
công nghệ chế tạo dầm bê tông cốt thép dự ứng lực ra đời, cơng nghệ thi cơng cầu
cũng đã có nhiều thành tựu phát triển vượt bậc; từ những kết cấu kiểu dầm giản đơn
thi cơng bằng cơng nghệ truyền thống: căng trước hoặc căng sau trên bệ cố ñịnh rồi
lao lắp vào vị trí, ngày nay với nhiều cơng nghệ mới tiên tiến như ñúc ñẩy, ñúc
hẫng, ñúc trên ñà giáo di động, lắp trên đà giáo di động… có thể xây dựng ñược
những nhịp cầu lớn, vượt xa giới hạn chiều dài nhịp của cầu giản ñơn truyền thống,
ñem lại hiệu quả kinh tế lớn về mặt kinh tế, kỹ thuật cũng như vẻ đẹp kiến trúc cơng
trình.

1.1.1

Cơng nghệ thi cơng cầu trên hệ thống đà giáo cố định
ðây là cơng nghệ thi cơng được áp dụng lâu đời nhất trong ngành xây dựng

cầu bê tông, hiện nay công nghệ này vẫn được sử dụng có hiệu quả trong những
điều kiện thích hợp như kết cấu nhịp khơng q cao, nền đất khơng q yếu,… Việc
đúc dầm bê tơng được tiến hành trong ván khuôn là bộ phận kết cấu ñược ñỡ bằng
hệ thống ñà giáo cố ñịnh tại vị trí mỗi nhịp. Khi thi cơng kết cấu nhịp tiếp theo thì
tất cả các cơng đoạn tháo lắp bộ ván khn và hệ thống đà giáo lại phải tiến hành từ
đầu. Ưu điểm của cơng nghệ thi cơng trên hệ thống đà giáo cố định là an tồn, kết
cấu chịu lực theo một sơ ñồ duy nhất nên tiết kiệm được vật liệu và nâng cao chất
lượng cơng trình. Nhược ñiểm của công nghệ là thời gian thi công lâu; khơng có
khoảng tĩnh khơng cho xe cộ, tàu thuyền qua lại khu vực đang thi cơng; mặt khác


-8-

do hệ thống ñà giáo ñược lắp dựng trên ñịa hình tự nhiên nên phụ thuộc rất nhiều
vào điều kiện địa chất, địa hình nơi xây dựng cơng trình. Vì thế công nghệ này chỉ
áp dụng phù hợp cho các cầu có chiều dài nhịp ngắn, ít nhịp và thời gian xây dựng
địi hỏi khơng gấp rút, xây dựng ở nơi có địa chất tốt, địa hình tương đối bằng
phẳng, cầu có kết cấu tĩnh định, có tiết diện ngang không phức tạp, bề ngang hẹp,
trụ cầu không cao, khẩu ñộ nhịp nhỏ hơn 35m là hợp lý ñể áp dụng cơng nghệ này
[3].
1.1.2

Cơng nghệ đúc hẫng và lắp hẫng
ðúc hẫng thực chất thuộc phương pháp đổ bê tơng tại chỗ nhưng theo phân

đoạn trong ván khn di động treo ở đầu xe đúc. Cơng nghệ này thường áp dụng
cho kết cấu có mặt cắt hình hộp với khẩu độ nhịp từ 60m đến 200m [3]. ðặc điểm
của cơng nghệ là việc ñúc hoặc lắp các ñốt dầm theo nguyên tắc cân bằng, sau đó
được hợp long bằng các đoạn giữa. Trong q trình thi cơng, trên mỗi trụ cầu ñặt
hai xe ñúc, mỗi xe ñúc di chuyển và ñúc một nửa nhịp mỗi bên theo phương dọc
cầu. Tùy theo năng lực thiết bị xe ñúc mà mỗi phân ñoạn ñúc có thể dài từ 3.5m ñến
5m. Việc ñúc các đốt dầm sau sẽ lặp lại q trình cơng nghệ như đúc đốt dầm trước
thơng qua việc điều chỉnh hệ ván khn phù hợp với mặt cắt và hình dáng của cầu.
Cơng nghệ đúc hẫng phù hợp trong các trường hợp cầu có khẩu độ nhịp lớn, khơng
hạn chế chiều cao trụ cầu. Với công nghệ này chiều cao dầm và số lượng bó cáp thi
cơng địi hỏi cao hơn, nhiều hơn so với dầm cầu thi công bằng các cơng nghệ khác
nhưng tiến độ thi cơng nhanh, cơng trường gọn gàng và thiết bị phục vụ thi cơng
đơn giản.

a) Thi công cầu bằng công nghệ lắp hẫng

b) Thi công cầu bằng cơng nghệ đúc hẫng

Hình 1.1. Cơng nghệ thi cơng cầu đúc hẫng và lắp hẫng