Nghiên cứu giải pháp kết cấu liên tục hóa cầu dầm giản đơn nhiều nhịp

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THANH HIỂN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU LIÊN TỤC HÓA
CẦU DẦM GIẢN ĐƠN NHIỀU NHỊP

CHUYÊN NGÀNH : CẦU HẦM
MÃ SỐ NGÀNH

: 2. 15. 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2007


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Lê Bá Khánh

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ
TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

tháng 12 năm 2007

Trang 2


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP.Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

NGUYỄN THANH HIỂN

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh:

10/01/1979

Nơi sinh: Bình Định

Chuyên ngành:

Cầu Hầm

MSHV: 04005662

TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA CẦU DẦM GIẢN ĐƠN
NHIỀU NHỊP”

I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Nhiệm vụ:

Nghiên cứu giải pháp liên tục hóa cầu dầm giản đơn nhiều nhịp

2. Nội dung:
Chương I

:Tổng quan về vấn đề liên tục hóa kết cấu nhịp giản đơn nhiều
nhịp.

Chương II

:Cơ sở lý thuyết và tính toán kết cấu nhịp liên tục hóa các dầm
giản đơn.

Chương III : Các giải pháp thi công và cấu tạo kết cấu nhịp liên tục hóa các
dầm giản đơn.
Chương VI :Tính toán một công trình cụ thể tại việt Nam.
Chương VI :Kết luận và kiến nghị.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :..........................................................
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ..........................................................
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ KHÁNH
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

BM QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. LÊ BÁ KHÁNH
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Ngày .....tháng......năm.....
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 3


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm luận văn Thạc sỹ, em đã nhận được sự hướng dẫn,
giúp đở tận tình của thầy Lê Bá Khánh. Em xin chân thành cảm ơn sự
hướng dẫn tận tình của thầy, những kiến thức và kinh nghiệm mà thầy đã
truyền đạt cho em là những nền tảng để em hoàn thành luận văn .
Qua đây em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô,
những người đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình
học tập cũng như trong quá trình làm luận văn . Cảm ơn bạn bè đã giúp
đở trong những lúc khó khăn .
Mặc dù đã cố gắng nhưng vì kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên
luận văn chắc chắn có nhiều thiếu sót, em kính mong được sự chỉ dẫn của
quý thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Tp HCM, Tháng 01 năm 2008
Học viên
Nguyễn Thanh Hiển


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

MỤC LỤC
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU LIÊN TỤC HÓA CẦU
DẦM GIẢN ĐƠN NHIỀU NHỊP
Chương I:
Tổng quan về vấn đề liên tục hóa kết cấu nhịp giản đơn nhiều nhịp

Trang

1.1. Giới thiệu chung------------------------------------------------------------------07

1.1.1. Mục đích nghiên cứu------------------------------------------------------07
1.1.2. Khái quát về sự phát triển của cầu BTCT và BTCT DƯL-----------08
1.2. Biện pháp nối liên tục-----------------------------------------------------------11
1.3. Phạm vi áp dụng-----------------------------------------------------------------12
1.4. Mục tiêu nghiên cứu-------------------------------------------------------------17
Chương II:
Cơ sở lý thuyết và tính toán kết cấu nhịp liên tục hóa các dầm giản đơn.
2.1 Đặc điểm liên tục hóa kết cấu nhịp giản đơn nhiều nhịp------------------18
2.1.1 Khái niệm chung-----------------------------------------------------------18
2.1.2 Các biện pháp liên tục hoá ---------------------------------------------- 19
2.2 Phương pháp tính toán kết cấu nhịp liên tục hóa .-------------------------- 26
2.2.1 Mô men dương tại trụ---------------------------------------------------- 27
2.2.2 nh hưởng của từ biến---------------------------------------------------28
2.2.3 nh hưởng của co ngót---------------------------------------------------36
2.2.4 Tổng hợp của mômen kháng--------------------------------------------39
2.2.5 Cốt thép mômen âm------------------------------------------------------40
2.2.6 Ứng suất nén trong dầm tại trụ----------------------------------------- 41
2.2.7 Lực cắt--------------------------------------------------------------------- 41
Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 4


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

2.3 nh hưởng của cáp DƯL ngoài bố trí theo phương ngang đến nội lực kết
cấu cũ. ---------------------------------------------------------------------------- 42
2.3.1 Tác dụng của việc đặt hệ cáp ngang vào kết cấu cũ ---------------- 42

2.3.2 Nhận xét.------------------------------------------------------------------- 47
2.4 nh hưởng của cáp DƯL ngoài bố trí theo phương dọc đến nội lực kết
cấu cũ.-----------------------------------------------------------------------------48
2.4.1 Tác dụng của cáp ngoài đặt dọc theo trục dầm vào kết cấu cũ ---- 48
2.4.2 Ảnh hưởng của hệ cáp dọc đến nội lực kết cấu cũ -------------------48
2.5 Nhận xét sơ bộ.------------------------------------------------------------------ 58
Chương III:
Các giải pháp Cấu tạo - Thi công kết cấu nhịp liên tục hóa các dầm giản đơn.
3.1 Giải pháp thứ nhất (Nối liên tục thông qua dầm ngang).------------------ 60
3.1.1 Sơ đồ liên tục và trình tự thi công---------------------------------------60
3.1.2 Giải pháp cấu tạo----------------------------------------------------------60
3.1.3 Ví dụ bố trí cốt thép thường trên dầm ngang-------------------------- 63
3.2 Giải pháp thứ hai (Nối liên tục thông qua dầm chủ).-----------------------63
3.2.1 Sơ đồ liên tục và trình tự thi công-------------------------------------- 63
3.2.2 Giải pháp cấu tạo----------------------------------------------------------65
3.3 Giải pháp thứ ba (Nối liên tục thông qua dầm ngang hẫng).--------------67
3.3.1 Trình tự thi công.---------------------------------------------------------- 67
3.3.2 Sơ đồ tính toán kết cấu nhịp----------------------------------------------68
3.3.3 Trình tự tính toán kết cấu nhịp-------------------------------------------70
3.4 Trình tự thi công sửa chữa nâng cấp dầm BTDƯL căng trước lắp ghép
tiết diện “T” bằng DƯL ngang.------------------------------------------------71

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 5


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

3.4.1 Các bước thi công chính trong việc sửa chữa, nâng cấp dầm BTDƯL
căng trước tiết diện chữ “T”.---------------------------------------------71
3.4.2 Trình tự thi công và các yêu cầu kỹ thuật------------------------------71
3.4.3 Trình tự thi công tăng cường liên kết ngang và dọc cầu theo phương
pháp DƯL ngoài.-----------------------------------------------------------75
3.5 Nhận xét sơ bộ.-------------------------------------------------------------------85
Chương IV:
Tính toán một công trình cụ thể tại Việt Nam
4.1. Số liệu tính toán.--------------------------------------------------------------86
4.2. Kết quả tính toán .------------------------------------------------------------87
4.3. Để xét ảnh hưởng truyền lực từ cáp DƯL vào ụ neo và bê tông thành
dầm.-----------------------------------------------------------------------------90
4.4. Nhận xét sơ bộ.----------------------------------------------------------------93
Chương V:
Kết luận và Kiến nghị
5.1. Kết luận.----------------------------------------------------------------------- 94
5.2. Kiến nghị.--------------------------------------------------------------------- 94

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 6


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ LIÊN TỤC HÓA KẾT
CẤU NHỊP GIẢN ĐƠN NHIỀU NHỊP
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG:
1.1.1. Mục đích:
™ Cầu dầm giản đơn được áp dụng rất phổ biến ở Việt nam và nhiều nước
khác bởi tính cơ giới hóa, tiêu chuẩn hoá, tính dễ lắp đặt, lao lắp, vận
chuyển, thời gian thi công nhanh, giá thành thấp.
™ Cầu dầm giản đơn vượt khẩu độ không lớn, hạn chế việc thông thuyền,
đồng thời các khe co giãn thường bị bong bật làm giảm khả năng khai thác,
tạo các xung kích lớn khi xe cộ chạy qua vị trí này.
™ Kết cấu nhịp liên tục có một số ưu điểm sau :
o cho phép phân bố nội lực hợp lý hơn ở vùng giữa nhịp và trên
gối. Do đó với cùng một chiều cao kiến trúc thì kết cấu liên tục
chịu được tải trọng lớn hơn.
o Số lượng khe co giãn giảm, nên độ êm thuận của xe chạy qua
cầu cao hơn.
™ Việc liên tục hoá kết cấu nhịp giản đơn thường được thực hiện trong 2
trường hợp sau :
o Xây dựng cầu mới từ các phân đoạn dầm giản đơn, trong những
điều kiện cụ thể thì phương pháp này có những ưu điểm nhất
định.
o Nâng cấp cầu cũ, có dạng kết cấu nhịp giản đơn.
™ Việc liên tục hoá kết cấu nhịp có thể thực hiện theo 2 hướng :
Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 7


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

o Liên tục hoá cả phần dầm và bản mặt cầu
o Chỉ liên tục hoá phần bản mặt cầu
™ Trong khuôn khổ luận văn này chủ yếu đề cập giải pháp nối liên tục các
dầm giản đơn thành dầm liên tục, tăng khả năng chịu tải của cầu.
1.1.2. Khái quát về sự phát triển của cầu bê tông cốt thép (BTCT) và bê
tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL).
™ Trong mạng lưới giao thông ở nước ta vào cuối thế kỷ XIX, các cầu hầu
hết được xây dựng đều thuộc dạng cầu thép. Chiếc cầu bê tông đầu tiên đã
được xây dựng cũng vào cuối thế kỷ XIX. Trong thời gian đầu, do trọng
lượng nặêng và thi công khó khăn hơn cầu thép nên loại cầu này chưa được
phát triển. Sau đó, nhờ những tiến bộ về chất lượng vật liệu, kết cấu và
công nghệ xây dựng nên đã tạo điều kiện thuận lợi để phát triển nhanh
cầu BTCT. Từ những năm 50, sự ra đời của công nghệ dự ứng lực đã tạo ra
một cuộc cách mạng thực sự trong việc xây dựng và nâng cấp cầu.

Cầu Tràng Tiền bắt qua sông Hương được xây dựng vào năm 1905, có kết cấu
nhịp dạng giàn thép

Trường đại học Baùch Khoa TP. HCM

Trang 8


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

Cầu Đà Rằng 21 nhịp với chiều dài 1101m được xây dựng vào giữa thế kỷ XX

™ Ngày nay, theo đà phát triển của khoa học, BTCT và BTCT DƯL là loại
vật liệu lý tưởng có khả năng cạnh tranh với thép trong lónh vực xây dựng
nói chung và trong xây dựng cầu nói riêng. Cầu bê tông có khả năng chịu
mỏi tốt, biến dạng nhỏ, khả năng tự bảo vệ trước các tác động của môi
trường tốt hơn thép nên trong quá trình khai thác chỉ sử dụng ít chi phí duy
tu bảo dưỡng.
™ Cầu được xây dựng bằng bê tông có nhiều ưu việt về khả năng sử dụng
như : giao thông êm thuận, tránh được tiếng ồn, hình dạng kiến trúc đa
dạng, đẹp mắt, công nghệ thi công hiện đại, rẻ tiền, dễ bảo trì nên chắc
chắn cầu bê tông và bê tông DƯL sẽ có triển vọng phát triển rất lớn cùng
với các công trình cầu sử dụng bằng các loại vật liệu khác. Mặc khác,
cùng với sự phát triển của ngành vật liệu xây dựng Việt Nam, đã chế tạo
được các loại bê tông cường độ cao lên đến 80 Mpa nên bê tông càng có
điều kiện để phát huy các hiệu quả ứng dụng của nó. Hiện nay với khoảng
60.000 m dài, cầu bê tông chiếm khoảng 50% tổng số các loại cầu hiện có

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 9


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

ở nước ta. Đó là một con số có ý nghóa, nói lên vai trò to lớn của vật liệu
và kết cấu BTCT.
™ Tuy nhiên trong quá trình sử dụng hơn một thế kỷ được xây dựng ở Việt
Nam, các công trình cầu bằng BTCT và BTCT DƯL đã xuất hiện một số
khuyết tật. Ngành cầu đường Việt Nam cũng đã thu thập được nhiều kinh

nghiệm về xây dựng và khai thác các công trình cầu. Các kết quả quan
trắc và nghiên cứu từ những công trình cầu BTCT đầu tiên đã được xây
dựng từ cuối thế kỷ XIX, do người Pháp thực hiện ở nước ta đến các các
công trình BTCT và BTCT DƯL hiện nay cho thấy các khuyết tật được bắt
nguồn từ nhiều nguyên nhân khác nhau như sau:
- Do quá trình phá huỷ của vật liệu theo thời gian.
- Do những sai sót trong quá trình thi công.
- Do những thiếu sót trong quá trình thiết kế…
™ Việc xuất hiện các vết nứt, vỡ bê tông, các khuyết tật bề mặt... trong các
dầm BTCT, BTCT DƯL làm cho công trình xuống cấp nhanh chóng, ảnh
hưởng đến tuổi thọ và khả năng khai thác của cầu. Những sự hư hỏng này
cần sớm phát hiện và đánh giá đúng nguyên nhân để có biện pháp sửa
chữa thích hợp.

Vết nứt dầm chủ tại
gối cầu

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 10


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

Vết vỡ bê
tông trên
dầm chủ

1.2. Biện pháp nối liên tục
Việc liên tục hóa kết cấu nhịp rất đa dạng và phong phú, tuỳ theo mức độ
khác nhau, có hai biện pháp chính trong việc nối liên tục cầu giản đơn thành kết
cấu nhịp liên tục là:
™ Kết cấu liên tục nhiệt:
- Kết cấu liên tục nhiệt dùng cho việc xây dựng trong cầu đường ôtô và
thành phố bằng bêtông cốt thép và bê tông cốt thép kết hợp thép là kết
cấu được tạo ra bằng các chuỗi kết cấu nhịp dầm hoặc dầm giản đơn nối
nhau ở mức bản mặt cầu sao cho với tác dụng nhiệt độ và lực dọc thì cầu
làm việc như một hệ dầm liên tục, còn dưới tác dụng của lực thẳng đứng
thì dầm vẫn làm việc như một dầm giản đơn.
- Kết cấu nối phải đảm bảo tính liên tục của lớp áo mặt cầu và tiếp nhận
nội lực sinh ra trong một chuỗi của kết cấu nhịp mà không cản trở đến
sự quay của đầu dầm.

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 11


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

™ Liên tục hóa:
- Kết cấu nhịp được gọi là liên tục hóa nếu kết cấu dầm được nối liên tục
từ các dầm giản đơn thành dầm liên tục thuần túy sao cho dưới tác dụng
của lực dọc, nhiệt độ, tónh tải phần hai, hoạt tải cùng các tác nhân co
ngót và từ biến cầu làm việc như một hệ dầm liên tục.
- Kết cấu nhịp liên tục hóa từ dầm giản đơn nhiều nhịp cũng giữ được các

ưu điểm của kết cấu nhịp liên tục nhịp nhưng nó cải thiện vẻ ngoài và
nâng cao chất lượng, khả năng chịu tải của kết cấu. Do khai thác những
ưu điểm của sơ đồ kết cấu dầm liên tục, cắt giảm được các chi tiết nối
bản mặt cầu nên dạng kết cấu này đạt được những hiệu quả nhất định,
nâng cao độ bền vững và tuổi thọ của kết cấu, đảm bảo được êm thuận
trong lưu thông mà không giảm tốc độ xe chạy.
- Đối với cầu dầm BTCT DƯL thiết kế liên tục cho phép giảm 5% đến
15% lực dự ứng lực cần thiết so với sơ đồ nhịp giản đơn . Người ta đã
ứng dụng ưu điểm này xử lý nối liên tục các cầu yếu, cũ làm tăng tuổi
thọ và nâng cao khả năng chịu tải của kết cấu nhịp.
1.3. Phạm vi áp dụng:
Hiện nay có rất nhiều phương pháp và loại hình nối liên tục kết cấu từ các
nhịp cầu giản đơn tùy theo dạng dầm (Dầm chữ T, dầm chữ I, dầm super T…) các
quốc gia khác trên thế giới cũng có những kiểu kết nối khác nhau.
• Liên tục bản mặt cầu hoặc liên tục cả phần dầm chủ.
• Liên tục hóa hoàn toàn bằng cách bố trí cốt thép DƯL dọc cầu hoặc
liên tục hóa chỉ bố trí cốt thép thường trong mối nối.
• Liên tục hóa và chuyển hai hàng gối về một hàng gối trên đỉnh trụ
hoặc là vẫn giữ cả hai hàng gối.

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 12


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

• Liên tục hoá bằng cách đổ liền khối cả thân trụ và kết cấu nhịp

thành khung chịu lực.
¾ Ở Mỹ các dầm giãn đơn được nối liên tục ở hai đầu dầm chủ, yêu cầu cốt
thép phải đủ dài để neo cốt thép và chuyển sơ đồ về một gối tại đỉnh trụ.
¾ Ở Úc cũng tồn tại hai dạng nối liên tục nhiệt: Một là dùng giải pháp nối
bản mặt cầu giống giải pháp đã thực hiện ở cầu Mỹ Thuận, hai là nối liên
tục bản trên dầm ngang.
¾ Ở Nhật cũng có nhiều kiểu nối liên tục song hiện nay chủ yếu nối hai loại
hình chính đối với việc nối liên tục dầm chữ I, loại một là nối các dầm chủ
bằng cốt thép thường với sơ đồ 2 gối trên trụ, loại hai là nối liên tục các
dầm chủ bằng cốt thép DƯL dọc theo dầm chủ với sơ đồ một gối trên trụ
trở thành liên tục thuần tuý.
¾ Ở Đức và Nga thường dùng giải pháp liên tục nhiệt và chỉ có kết cấu bản
mặt cầu chịu toàn bộ nội lực phát sinh do hoạt tải và tỉnh tải giai đoạn hai
cùng với các tác động khác như co ngót, từ biến, thay đổi nhiệt độ …
¾ Ở nước ta sử dụng biện pháp liên tục nhiệt khá phổ biến được áp dụng cho
cầu Mỹ Thuận, cầu Bình Triệu 2, Cầu Bình Phước … Nội lực trong mối nối
liên tục nhiệt do các nguyên nhân sau:
o Do chuyển vị cưỡng bức là các chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị
góc xoay tại mặt cắt ngàm của bản. Chúng xuất hiện khi hoạt tải và
tỉnh tải phần hai tác dụng lên các dầm được nối.
o Do tỉnh tải và hoạt tải tác dụng trực tiếp lên phần bản nối ( Nội lực
cục bộ)
o Do tác dụng của lực hãm xe cộ.
o Do phản lực theo phương dầm ngang tại gối, các phản lực này xuất
hiện khi có chuyển vị do nhiệt độ.
Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 13

Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

¾ Một số công trình cầu được sửa chữa theo phương pháp nối liên tục ở Việt
Nam: Cầu Sài Gòn, Cầu Ba Hòn, cầu chữ Y …
• Thiết kế mở rộng, nâng cấp sửa chữa cầu Sài gòn
Đây là cây cầu điển hình về công tác sửa chữa, tăng cường theo công nghệ
này, cầu nằm ở phía Đông Bắc Thành phố Hồ Chí Minh, bắc qua sông Sài Gòn,
nối cửa ngõ phía Bắc thành phố với Quốc lộ 1, hiện là trục chính nối liền Nam –
Bắc nước Việt Nam. Công tác gia cường cầu dẫn đã áp dụng giải pháp công nghệ
DƯL ngoài, trong đó các cáp DƯL ngoài đặt ngoài tiết diện bê tông dầm. Việc
gia cường bằng DƯL ngang đã khắc phục khiếm khuyết của đồ án cũ về độ cứng
theo phương ngang, tăng cường liên kết các phiến dầm theo chiều ngang đã suy
giảm do các cáp ngang cũ bị đứt từng phần cũng như chịu thêm tác động uốn
ngang do mở rộng mặt cầu xe chạy về hai bên thượng lưu và hạ lưu. DƯL theo
phương dọc tăng cường sức chịu lực cho dầm chủ để đáp ứng với sự gia tăng về
tải trọng tónh cũng như tải trọng động. Giải pháp gia cường bằng DƯL ngoài theo
phương dọc còn được hổ trợ bằng biện pháp liên tục hóa, thay đổi mô hình các
nhịp dẫn giản đơn thành nhịp liên tục (5 nhịp hoặc 4 nhịp). Trong dầm liên tục,
momen uốn giữa nhịp được chiết giảm và momen uốn trong dầm trên gối mới
phát sinh được cân bằng bởi DƯL ngoài đi theo tuyến gấp khúc từ dưới lên.
Trước khi sửa chữa, các dầm cầu dẫn được thiết kế theo tải trọng HS20 không
đáp ứng được lưu lượng và tải trọng xe hiện tại.
Sau khi sửa chữa, cầu đã được mở rộng, nâng cấp đáp ứng được đoàn xe H30
theo tải trọng của quy phạm Việt Nam.

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 14

Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

Hình minh họa việc sửa chữa, nâng cấp, mở rộng cầu Sài gòn
•

Thiết kế sửa chữa, khôi phục tải trọng cầu Ba Hòn

Trụ, gối

Trụ, gối

Hình bố trí DƯL ngoài theo phương dọc cầu (liên tục 3 nhịp 5-6-7) trong thiết kế,
sửa chữa cầu Ba Hòn
Cầu qua kênh Ba Hòn nối liền giữa Công ty Ximăng Hà Tiên 2 - Kiên
Giang và Quốc Lộ 80, cầu được người Pháp xây dựng năm 1963, dài 185.63m

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 15


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

gồm : Consol 2m + 3x16.8m + 22m ( Consol 2m + nhòp treo 18m + Consol 2m ) +

3x 16.8m +12.57m + 3x16.75m +Consol 2m với kết cấu nhịp là kết cấu BTCT
toàn khối, khổ cầu 6m + 2 x 1.0m. Trong đó nhịp thông thuyền chính qua kênh Ba
Hòn dài 22m, 4 nhịp 8, 9, 10 và 11 (12.57 + 3x16.75m) nằm trên đường cong bán
kính 60m . 7 nhịp ( từ nhịp 1 đến nhịp 7 ) xiên 600 so với tim cầu. Biển cấm tải
trọng qua cầu là xe15T.
Năm 1998, cầu được kiểm định thử tải, kết quả thử tải cho thấy :
o Các dầm chủ xuất hiện nhiều vết nứt ngang tập trung ở vị trí giữa
nhịp tại vùng bê tông chịu ứng suất kéo.
o Bê tông hệ mặt cầu cũng như mố trụ bị bong bật, cốt thép bị gỉ và
lòi ở nhiều vị trí.
o Ứng suất bê tông trong các dầm chủ ở thớ dưới, cốt thép đạt tới
trạng thái giới hạn cho phép.
Để tránh xuống cấp do nhưng hư hỏng gây ra, cầu đã được sửa chữa bằng giải
pháp DƯL ngoài với từng cặp bó cáp căng dọc theo các dầm chủ. Tại các nhịp
nằm trên đường thẳng, các nhịp được liên tục hóa từng liên 3 nhịp (nhịp 1, 2, 3 và
5, 6, 7), các nhịp còn lại do nằm trên đường cong nên được căng dọc từng nhịp 1
để thuận tiện cho công tác thi công khoan và luồn cáp DƯL. Hiện nay, cầu đã
khôi phục lại tải trọng thiết kế ban đầu là 2 làn xe 20 Tấn và vẫn đang khai thác
tốt.
¾ Tuy nhiên trong các tính toán trên còn đề cập hạn chế đến vấn đề: nh
hưởng do co ngót và từ biến của bê tông dầm với bản nối cũng như lực dự
ứng lực trong dầm chủ ảnh hưởng tới hệ thống dầm liên tục.
¾ Hiện nay cùng với sự hội nhập của Việt Nam với các nước khác trên thế
giới, với sự tiến bộ của ngành cầu hầm và sự cập nhật các thông tin khoa
học kỹ thuật của một số nước khác, kết cấu liên tục hoá các dầm giản đơn
Trường đại học Baùch Khoa TP. HCM

Trang 16

Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

nhiều nhịp cũng có bước thay đổi phù hợp với sự làm việc thực tế của kết
cấu, phù hợp với qui trình của ASSHTO, BS-5400, các qui trình này có xét
tới sự phá hoại do mỏi của kết cấu bêtông cốt thép bản nối.
¾ Tóm lại đây là một dạng nối liên tục kết cấu từ các dầm giản đơn nhiều
nhịp với quan điểm xem xét sự làm việc toàn hệ thống của kết cấu phần
trên và phần dưới bao gồm cả móng, mố, trụ. Ngoài ra biện pháp nối liên
tục các dầm giản đơn áp dụng rộng rải và hiệu quả trong việc thiết kế gia
cố, duy tu, sửa chữa cầu yếu, cầu nâng cấp tải trọng. Giải pháp này không
chỉ áp dụng cho kết cấu BTCT mà còn áp dụng cho cả kết cấu cầu thép và
cầu bê tông cốt thép liên hợp.
1.4. Mục tiêu nghiên cứu:
¾ Để đảm bảo tính liên tục trong kết cấu nhịp cầu đường ô tô được tổ hợp từ
các kết cấu nhịp dầm giản đơn đòi hỏi phải xem xét về mặt thiết kế bao
gồm cả những ảnh hưởng do co ngót và từ biến, thay đổi nhiệt độ và động
đất.
¾ Tìm hiểu về ứng dụng liên tục hoá để gia cường cầu cũ.

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 17


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP LIÊN
TỤC HÓA CÁC DẦM GIẢN ĐƠN
2.1 ĐẶC ĐIỂM LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP DẦM GIẢN ĐƠN
2.1.1

Khái niệm chung:

Liên tục hóa kết cấu nhịp là kết cấu tạo ra bằng cách nối kết cấu nhịp dầm
giản đơn với nhau, sao cho dưới tác dụng của lực dọc, nhiệt độ, tónh tải giai đoạn
hai và hoạt tải cầu làm việc như một hệ dầm liên tục.
Cầu đường ôtô liên tục với dầm dự ứng lực đúc sẵn đã được xây dựng nhiều
ở các quốc gia. Để đạt tính liên tục trong xây dựng cầu có sử dụng nhịp giản đơn
dự ứng lực đúc sẵn đòi hỏi ta phải tiến hành xem xét về mặt thiết kế bao gồm cả
mặt biến dạng do co ngót và từ biến.
Việc nối các dầm đơn giản thành liên tục có những ưu điểm sau:
• Giảm số lượng khe co giãn trên cầu, nâng cao chất lượng xe chạy, khắc
phục được tiếng ồn ào tại vị trí khe co giãn, bớt đựợc chi phí bảo dưỡng các
khe nối bản mặt cầu và hệ thống thoát nước kết cấu bên dưới.
• Khai thác các ưu điểm của kết cấu nhịp liên tục là giảm mômen uốn ở giữa
nhịp (Mômen dương) do có mômen âm xuất hiện ở gối cầu. Mômen ở gối
nhỏ so với hệ liên tục thuần túy khác vì chỉ do tónh tải giai đoạn hai và
hoạt tải. Kết quả việc thiết kế cho phép giảm 5% đến 15% dự ứng lực cần
thiết so với thiết kế nhịp giản đơn. Đối với cầu có khẩu độ nhịp ngắn hơn
sẽ giảm mômen giữa nhịp nhiều hơn vì mômen do hoạt tải có tính hệ số
xung kích chiếm phần lớn trong tổng thể mômen thiết kế. Như vậy ưu
điểm về mặt kết cấu của việc nối dầm giản đơn thành hệ dầm liên tục là

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 18


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

giảm mômen dương so với nhịp giản đơn, đồng thời giảm mômen âm so
với hệ dầm liên tục.
• Do tính kinh tế trong kết cấu dầm liên tục và giảm các chi tiết nối bản nên
có ý nghóa kinh tế nhất định trong xây dựng và khai thác công trình cầu
hiện nay nhờ phát huy được tính định hình hóa và tiêu chuẩn hóa cả về
mặt thiết kế lẫn công nghêï thi công dầm như:
+ Tính công xưởng hóa.
+ Tính dễ lắp đặt.
+ Đơn giản trong thi công, phù hợp với trình độ công nghệ trong
nùc.
• Tuy nhiên việc nối các dầm giản đơn thành dầm liên tục có những nhược
điểm sau:
+ Bề rộng khe biến dạng tại đầu mỗi liên lớn.
+ Trụ cầu làm việc khác nhiều so với trụ cầu giản đơn và lực tác
dụng lên trụ đặt gối cố định lớn.
• Ngoài ra áp dụng các ưu điểm này để xử lý nối liên tục các cầu yếu, cũ
làm tăng tuổi thọ và nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu nhịp.
2.1.2

Các phương pháp liên tục hóa từ kết cấu dầm giản đơn nhiều nhịp :

2.1.2.1 Phương pháp 1: Liên tục bản dạng liên kết chốt ( Phương pháp của
Maunsell).

• Tuỳ thuộc vào kết cấu nhịp, việc nối thành kết cấu nhịp liên tục có nhiều
phương pháp khác nhau. Nói chung có hai giải pháp chính là nối liên tục ở
lớp áo mặt cầu và ở mức độ bản mặt cầu.

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 19


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

• Khi nối kết cấu nhịp theo bản mặt cầu thì mác bêtông bản phải cùng với
kết cấu nhịp. Bố trí cốt thép nên dùng cốt thép AI – AIII cũng có thể dùng
cốt thép cường độ cao để nối.
• Cốt thép tính toán của bản nối được bố trí trong phạm vi chiều rộng của
dầm và mối nối ướt dọc. Biện pháp hợp lý để bố trí cốt thép là đặt liên tục
lên trụ từ nhịp này sang nhịp kia .
• Khi nối kết cấu nhịp theo bản mặt cầu nếu chiều dày lớp đệm lớn quá 810cm, để giảm bớt độ cứng của chỗ nối, bên trên mặt cắt ngang của bản
nối một cách hợp lý là đặt khoản hở nhét đầy mát-tít hoặc đặt tấm gỗ. Khi
nối kết cấu nhịp theo mối nối ướt dọc, chiều dày lớp bêtông đệm trong
phạm vi 100 – 120cm cách ly đối với dầm bằng lớp đàn hồi và được bố trí
cốt thép. Trong các sơ đồ nối kết cấu nhịp, lớp phòng nước đặt tại chỗ nối,
không được dính vào bêtông.
• Phương pháp liên tục bản dạng liên kết chốt, phương pháp này áp dụng
cho cầu nhiều nhịp dầm giản đơn được xây dựng nhiều ở Anh vào những
năm 70. Kết cấu nhịp được thiết kế và thi công theo sơ đồ dầm giản đơn
nhiều nhịp là sự kết hợp giữa dầm ngang và bản nối tại đầu dầm, tại vị trí
trên trụ bố trí hai hàng gối.

2.1.2.2 Phương pháp 2: Dầm ngang liền khối (Phương pháp Mattock).
• Phương pháp này, các dầm bêtông DƯL được thi công theo từng nhịp như
xây dựng cầu giản đơn. Sau đó các dầm ngang đổ tại chỗ, bao bọc lấy đầu
dầm, sẽ được xây dựng tại mỗi trụ. Mối nối biến dạng chỉ được bố trí ở hai
mố. Mômem âm tại cuối các dầm thông thường đòi hỏi phải bố trí thép
DƯL và ở phần bản đổ tại chỗ được neo đủ vào phần kết cấu của kết cấu
nhịp. Mômen dương tại vị trí dầm ngang nối cuối dầm chủ được chịu bằng

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 20


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

cách liên kết các cốt thép tại bản đáy của dầm trước khi đổ bêtông dầm
ngang. Chiều cao xây dựng tương tự như kết cấu nhịp gối giản đơn.
• Các dầm BTCT DƯL được xếp vào hai hàng gối tạm thời hoặc vónh cữu
trên đỉnh trụ, sau đó đổ dầm ngang liền khối bao bọc lấy đầu dầm với
chiều sâu ngàm khoảng 1m. Với phương pháp này, chiều rộng của dầm
ngang liền khối sẽ nhỏ hơn khi so sánh với dầm ngang theo phương pháp
Pritchard do chỉ cần khoảng không nhỏ hơn giữa hai đầu dầm. Điều này
cũng gây khó khăn cho phương pháp liên kết cốt thép tại đầu dầm. Cốt
thép chịu mômem âm tại đầu dầm được bố trí trên mặt bản bê tông đổ tại
chỗ và neo đủ dài trong bản bêtông liên hợp.
Phạm vi ngàm dầm chủ
Cốt thép liên tục
bản mặt cầu/dầm ngang

Cáp DƯL dầm ngang

Cốt thép liên tục phần
đáy dầm ngang

Hình2.1: Chi tiết cấu tạo mối nối theo phương pháp Mattock

• Theo phương dọc cầu có thể bố trí hai hàng gối hoặc một hàng gối. Theo
phương ngang cầu, thồng thường sẽ bố trí gối kê tại từng vị trí dầm chủ
nhưng cũng có trường hợp bố trí gối xen kẻ nhau.
Trường đại học Baùch Khoa TP. HCM

Trang 21


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

• Độ cứng theo phương ngang thông thường được đảm bảo bằng cốt thép
ngang, một số trong đó đi xuyên qua thân dầm chủ ở phần đầu dầm.
• Khi sử dụng hai hàng gối tạm thời, một hàng gối vónh cửu sẽ được đặc vào
vị trí tim trụ ngay sau khi dỡ bỏ hai hàng gối tạm thời kia khi bêtông dầm
ngang đủ cường độ. Nhiều công trình đã sử dụng bản gối cao su rộng để
làm gối cho cả dầm.
• Có một dạng biến thể của loại này là dầm ngang liền khối thi công theo
hai giai đoạn. Chiều cao dầm ngang sẽ cao hơn dầm chủ và phần bên dưới
được đổ bêtông đầu tiên để đỡ dầm chủ trên lớp vữa đệm, giai đoạn hai sẽ
hoàn thiện dầm ngang theo cách trên.

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 22


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

Bản mặt cầu đổ tại
chỗ với dầm ngang

Cáp DƯL dầm ngang

Gối

Bản mặt cầu đổ tại
chỗ với dầm ngang

Cáp DƯL dầm ngang

Gối
Bản mặt cầu đổ tại
chỗ với dầm ngang

Cáp DƯL dầm ngang

Gối

Hình 2.2: Dầm ngang liền khối bố trí gối theo dọc và ngang cầu

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 23


Luận Văn Thạc Só Chuyên Ngành Cầu Hầm

Cốt thép liên tục bản
mặt cầu/dầm ngang

Dầm ngang

GVHD: TS. Lê Bá Khánh

Phạm vi thi công giai đoạn 1

Ngàm dầm chủ

Cốt thép liên tục dưới

Dầm ngang đổ liền khối
với thân trụ hoặc kê lên
gối cố định khi thi công

Dầm ngang đổ tại chỗ giai đoạn 2

Hình 2.3: Đổ dầm ngang liên tục hai giai đoạn

2.1.2.3 Phương pháp 3 : Dầm ngang hẫng (Phương pháp Pritchat)
Đây là phương pháp tương tự phương pháp Mattock và được sử dụng rất
nhiều ở Anh, dầm BTCT sẽ ngắn hơn đáng kể so với khẩu độ nhịp, yêu cầu thi
công dầm phải được kê trên đà giáo hay trụ tạm, một dầm ngang liền khối đổ tại
chỗ trên đỉnh trụ và bao bọc lấy đầu dầm chủ đúc sẵn. Liên tục theo phương mặt
cầu được đảm bảo bằng cốt thép trong phần bản liên tục, chủ yếu là cốt thép
thường, nhưng đôi khi thép DƯL, bố trí cả phần trên và phần dưới của dầm chủ.
Khả năng chịu lực theo phương ngang được đảm bảo bằng cốt thép thường hoặc
cốt thép DƯL, một số thanh xuyên qua phần cuối của thân dầm chủ.

Trường đại học Bách Khoa TP. HCM

Trang 24