Giáo trình Tổng quan về cầu và mố trụ cầu: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:52

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của giáo trình "Tổng quan về cầu và mố trụ cầu" trình bày tổng quan về cầu; các khái niệm về công trình nhân tạo trên đường; mặt cầu và đường người đi; gối cầu; thiết kế các phương án cầu; đánh giá, so sánh lựa chọn phương án cầu;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Tổng quan về cầu và mố trụ cầu: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BỘ MÔN XÂY DỰNG MỎ GIÁO TRÌNH TỔNG QUAN VỀ CẦU VÀ MỐ TRỤ CẦU DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC QUẢNG NINH - 2018
Phần I: TỔNG QUAN VỀ CẦU Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG 1.1 Các loại công trình nhân tạo trên đường Khái niệm: Là những công trình vượt qua các chướng ngại trên đường như sông, suối, thung lũng,.. trên tuyến giao thông đường ôtô, đường sắt hoặc vượt qua một tuyến giao thông khác. Cầu: Là một công trình nhân tạo để vượt qua các dòng nước hoặc qua các thung lũng, qua các bãi sông (Cầu dẫn), vượt qua đường hay qua những chướng ngại vật khác. Các công trình thoát nước có khẩu độ nhỏ: Cầu tràn, đường tràn, cống Tường chắn: Tường chắn được sử dụng trên đường để duy trì độ dốc tự nhiên của ta luy. Tránh hiện tượng trượt, sụt lở mái ta luy Hầm: Khi cao độ mặt đường nằm thấp hơn rất nhiều so với cao độ của mặt đất tự nhiên người ta có thể làm hầm để vượt qua. Khi tuyến đường đi men theo sườn núi có độ dốc lớn và địa chất quá xấu ( đá lăn đá trượt) người ta cũng có thể xây dựng đường hầm. Khi vượt qua các eo biển các dòng sông lớn, người ta cũng có thể làm hầm. Trong các thành phố đông dân cư, người ta cũng có thể làm hầm để phục vụ người đi bộ, các phương tiện giao thông, hệ thống tàu điện ngầm. 1.2. Phân loại và phạm vi ứng dụng 1.2.1. Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp Tùy theo vật liệu làm kết cấu nhịp có thể chia ra thành: Cầu gỗ, cầu đá, cầu thép, cầu BTCT, cầu bê tông DƯL 1.2.2. Phân loại theo mặt đường xe chạy - Cầu có đường xe chạy trên - Cầu có đường xe chạy dưới - Cầu có đường xe chạy giữa 1.2.3. Phân loại theo mục đích sử dụng Tùy theo mục đích sử dụng ta có thể phân loại như sau: - Cầu ôtô: Cho tất cả các phương tiện giao thông trên đường ôtô - Cầu đường sắt - Cầu cho người đi bộ - Cầu thành phố: Cho ôtô, người đi bộ, tàu điện - Cầu chạy chung: ôtô và tàu hỏa - Cầu đặc biệt: Cầu cho đường ống dẫn dầu, nước, khí ga, cáp điện. 1.2.4. Phân loại theo sơ đồ tĩnh học a. Cầu bản Là cầu BT cốt thép hoặc BTCT DƯL có chiều cao rất nhỏ so với kích thước của hai chiều còn lại b. Cầu dầm - Cầu dầm giản đơn, dưới tác dụng của lực thẳng đứng tại gối chỉ có các phản lực gối. Cầu BTCT thường l=12m đến 20m. BTCT DƯL l=20m đến 40m, cầu dầm thép l=6m đến 40 m 1
-Cầu dầm liên tục, dưới tác dụng của lực thẳng đứng tại gối xuất hiện phản lực gối và mômen âm. c. Cầu dàn thép - Cầu dàn giản đơn: chiều dài nhịp từ 50 đến 80 m - Cầu dàn liên tục: Có nội lực nhỏ hơn so với cầu dàn giản đơn nên cho phép vượt nhịp lớn hơn. d. Cầu khung - Cầu khung liên tục. - Cầu khung T dầm đeo. - Cầu khung- dầm liên tục. e. Cầu vòm - Cầu vòm có lực đẩy ngang +Cầu vòm chạy trên: Hình 1.4 +Cầu vòm chạy giữa: Hình 1.5 + Cầu vòm chạy dưới (Cầu vòm cứng dầm mềm): Hình 1.6 - Phân loại cầu vòm theo sơ đồ tĩnh học: + Cầu vòm không chốt: Vòm siêu tĩnh bậc 3 + Cầu vòm hai chốt: Vòm siêu tĩnh bậc 1 + Cầu vòm 3 chốt: Cầu vòm tĩnh định - Cầu vòm không có lực đẩy ngang: Cầu có một thanh kéo, hệ vòm dầm liên hợp dầm cứng vòm cứng. Phản lực gối của cầu giống với cầu dầm giản đơn. Hình 1.7 f. Cầu treo và cầu dây văng - Cầu treo 2
1. Dây cáp chủ ; 2. Dây đeo ; 3. Dầm cứng ; 4. Trụ cầu ; 5. Mố neo ; 6. Tháp cầu Hình 1-8. Sơ đồ cầu treo Ưu điểm: Cáp cường độ cao nên trọng lượng bản thân nhỏ, vượt được nhịp lớn. Khi thi công, thi công cáp chủ trước rồi mới đến dầm nên khắc phục được khó khăn phải làm trụ tạm, qua sông nước chảy xiết, thung lũng sâu (Ví dụ cầu Akashi của Nhật có chiều dài 1991 m) Nhược điểm: Là kết cấu rất nhạy cảm với tải trọng động ( gió, lực xung kích) Tồn tại mố neo rất phức tạp và tốn kém - Cầu dây văng: 1. Dây văng; 2. Dầm cứng; 3. Tháp cầu; 4. Trụ cầu; 5. Mố cầu Hình 1-9. Sơ đồ cầu dây văng + Cáp trong cầu dây văng là các cáp cường độ cao, chịu kéo. + Dầm cứng: Làm việc như một dầm liên tục trên các gối cứng và các gối đàn hồi. Gối cứng là các gối nằm trên mố và trụ, gối đàn hồi là các gối nằm tại các dây văng. Dầm cứng chịu nén do lực của ngang dây văng truyền vào. Dây văng thường neo vào dầm (có trường hợp đặc biệt thì neo vào mố). Khi dây văng được neo vào dầm sẽ tránh được các mố neo, do đó phải xây dựng xong dầm rồi mới căng dây văng. + Hệ này có thể được coi là hệ không biến dạng hình học. +Về mặt chịu tải trọng động: tốt hơn so với cầu treo nhưng kém hơn so với các cầu dầm cứng khác. + Ví dụ các cầu dây văng ở Việt Nam: Cầu Mỹ Thuận (Lmax=350 m, dầm cứng. BTCT DƯL, thi công bằng phương pháp đúc hẫng); cầu Kiền (Lmax=200m, lắp hẫng); cầu Bính (Lmax=250m, dầm cứng, thép BT liên hợp). 3
1.3. Các bộ phận và kích thước cơ bản của cầu 1.3.1. Các bộ phận cơ bản của cầu Một công trình cầu bao gồm: Cầu, đường dẫn, các công trình điều chỉnh dòng chảy và gia cố bờ sông ( nếu cần) Các bộ phận cơ bản của cầu: Hình 1.1 +Kết cấu phần trên: Hình 1.2 Hình 1.3 + Kết cấu nhịp: Bao gồm 1. Các dầm chủ, dàn chủ 2. Hệ dầm mặt cầu 3. Bản mặt cầu 5. Hệ liên kết ngang 6. Hệ liên kết dọc + Kết cấu phần dưới: Mố cầu, trụ cầu, kết cấu nền móng + Gối cầu + Các thiết bị phục vụ khai thác: Lan can, gờ chắn, hệ thống biển báo, chiếu sáng 4
1.3.2. Các kích thước cơ bản của cầu 1.3.2.1. Các kích thước về chiều dài - Chiều dài nhịp l: Tính từ đầu mút nhịp này đến đầu mút nhịp kia - Chiều dài nhịp tính toán ltt: Tính từ tim gối bên này sang tim gối bên kia. - Chiều dài nhịp tĩnh (tĩnh không cầu) l0i: Khoảng cách giữa hai mép trụ hoặc mố. Nếu khẩu độ thoát nước của cầu là L0 thì: Σl0i ≥ L0 - Chiều dài toàn cầu: Ltcầu là chiều dài tính từ đuôi mố bên này sang đuôi mố bên kia. +Cầu nhỏ: Ltcầu ≤ 20m + Cầu trung: Ltcầu > 20m đến 100m + Cầu lớn: Ltcầu ≥ 100m 1.3.2.2. Các kích thước về chiều cao - Chiều cao kiến trúc của cầu Hkt: Chiều cao tính từ đỉnh mặt đường xe chạy đến đáy dầm. Hkt quyết định khối lượng đất đắp của đường dẫn vào cầu. Cầu có đường xe chạy dưới thông thường có Hkt thấp hơn cầu có đường xe chạy trên. - Chiều cao cầu: Tính từ cao độ mặt đường xe chạy đến mặt đất tự nhiên (cầu cạn) hoặc đến mực nước thấp nhất (MNTN) (đối với cầu qua dòng nước). - Tĩnh không dưới cầu: Tính từ mực nước cao nhất (MNCN) đến đáy dầm: + Sông không thông thuyền, không có cây trôi: Khoảng cách từ MNCN đến đáy dầm tối thiểu là 0,5m + Sông không thông thuyền có cây trôi: Khoảng cách từ MNCN đến đáy dầm tối thiểu là 1m + Sông thông thuyền: Phụ thuộc vào khổ thông thuyền Btt và Htt - Đối với cầu vượt đường (cầu cạn): phụ thuộc vào tĩnh không cầu+ 0,1 đến + 0,3m tính đến sửa chữa mặt đường sau này. 1.4. Khổ giới hạn trên cầu và dưới cầu Các mực nước thiết kế - Mực nước cao nhất (MNCN): Là mực nước lớn nhất xuất hiện trên sông ứng với tần suất lũ thiết kế P%. Dựa vào MNCN để xác định khẩu độ cầu tính toán và cao độ đáy dầm. - Mực nước thấp nhất (MNTN): Là mực nước thấp nhất xuất hiện trên sông ứng với tần suất lũ thiết kế P%. Dựa vào MNTN để biết vị trí chỗ lòng sông nước sâu trong mùa cạn, căn cứ vào đó để xác định vị trí các nhịp thông thuyền. Ngoài ra còn xác định cao độ đỉnh bệ móng của trụ giữa sông. MNCN và MNTN được xác định theo các số liệu quan trắc thủy văn về mực nước lũ, được tính toán theo tần suất P% quy định đối với các cầu và đường khác nhau. 5
- Mực nước thông thuyền (MNTT): Là mực nước cao nhất cho phép tàu bè đi lại dưới cầu an toàn. Dựa vào MNTT và chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy dầm. Theo Tiêu chuẩn cũ 22TCN18-79, tần suất thiết kế để tính MNCN, MNTN cho cầu vừa và cầu lớn là 1%, MNTT là 5%. Hiện nay theo Tiêu chuẩn 22TCN272-05 không quy định. Xác định cao độ đáy dầm: + Đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN  0,5m đối với sông đồng bằng  và 1m đối với sông miền múi có đá lăn, cây trôi (đường ô tô). + Tại những nơi khô cạn hoặc đối với cầu cạn, cầu vượt thì cao độ đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn mặt đất tự nhiên  1,0m. + Cao độ đáy dầm phải cao hơn hoặc bằng MNTT cộng chiều cao thông thuyền. + Đỉnh xà mũ của mố trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu 0,25m. 1.5. Các yêu cầu cơ bản đối với một công trình cầu 1.5.1. Yêu cầu về xây dựng và khai thác - Cầu phải đảm bảo cho xe cộ đi lại thuận tiện, an toàn và không giảm tốc độ. - Chiều rộng phần xe chạy phải phù hợp với lưu lượng và loại xe tính toán. - Mặt cầu phải bằng phẳng, đủ độ nhám và thoát nước nhanh. - Kết cấu cầu phải thuận tiện cho việc chế tạo và thi công. Đảm bảo công nghiệp hóa trong việc chế tạo. - Sơ đồ cầu, chiều dài nhịp, chiều dài cầu, chiều cao cầu phải đảm bảo cho thoát nước và việc qua lại của tàu bè. - Công trình phải đảm bảo độ bền. - Đảm bảo độ ổn định, giữ nguyên hình dạng, vị trí dưới tác dụng của các loại tải trọng. 1.5.2. Yêu cầu về mặt kinh tế - Đảm bảo chi phí thiết bị, vật liệu rẻ nhất, giảm sức lao động, giảm giá thành xây dựng đến mức tối đa. - Khi tính giá thành của công trình cầu, phải xét đến giá thành duy tu, sửa chữa, đồng thời phải tính đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân khi lựa chọn các phương án cầu. 1.5.3. Yêu cầu về mặt mỹ thuật Cầu phải có hình dáng đẹp, phù hợp với cảnh quan địa phương đặc biệt là các công trình nằm trong thành phố hoặc các khu danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử. 1.5.4. Yêu cầu về an ninh quốc phòng Ngoài mục đích giao thông còn phải xét đến tính thiết thực cho các hoạt động an ninh quốc phòng. Khi có chiến tranh bất chợt xảy ra thì các cây cầu có thể chuyển sang phục vụ cho các loại xe đặc chủng của quân đội. 1.6. Sơ lược lịch sử và phương hướng phát triển của ngành xây dựng cầu 1.6.1. Sơ lược lịch sử phát triển của ngành xây dựng cầu 1.6.1.1. Cầu gỗ - Cầu gỗ là loại cầu được xây dựng lâu đời nhất - Gỗ là vật liệu tự nhiên tương đối tốt, tuy nhiên khi dùng trong xây dựng cầu thì phải chọn loại gỗ tốt như lim. gụ, sến, táu,… và phải có biện pháp phòng mục. 6
- Cầu gỗ có thời gian sử dụng ngắn, khả năng vượt nhịp không lớn lắm (L=30- 50m) - Hiện nay chỉ còn sử dụng ở miền rừng, đường lâm nghiệp và các cầu tạm hoặc đà giáo phục vụ thi công. Hình 1-1. Hình ảnh cầu gỗ 1.6.1.2. Cầu đá - Được xây dựng hàng ngàn năm trước, đến nay vẫn tồn tại và sử dụng được - Hầu hết các cầu đá được xây dựng theo dạng cầu vòm để phù hợp với tính chất chịu nén của đá - Cầu vòm đá có thể vượt khẩu độ nhịp đến 100m - Cầu đá xây djwng khó khăn nên ít có khả năng xây dựng công nghiệp hóa - Hiện nay chỉ áp dụng ở các vùng miền núi, nôi có thể khai thác đá trực tiếp tại chỗ hoặc để làm các công trình kiến trục nghệ thuật ở những khu danh lam thắng cảnh. Hình 1-2. Cầu đá 1.6.1.3. Cầu thép - Cầu thép xuất hiện vào nửa cuối thế kỉ 19 - Cầu kim loại đầu tiên được làm bằng găng, tiếp đến là sự ra đời của cầu treo dây xích - Sử dụng để vượt sông lớn với nhịp cầu lớn - Hoàn toàn công nghiệp hóa với chế tạo và lắp ráp, dễ dàng lắp ráp bằng phương pháp hẫng do đó dễ xây dựng qua sông sâu, thung lũng sâu và qua sông có nhiều tàu bề qua lại. - Nhược điểm của cầu thép là gỉ, dó đó tốn công bảo dưỡng. - Sự ra đời của cầu vòm và cầu dây văng là bước tiến mới của cầu thép. 7
Hình 1-3. Cầu thép 1.6.1.4. Cầu bê tông cốt thép - Cuối thế kỉ 19 trong xây dựng cầu đã sử dụng một loại vật liệu mới là BTCT. - Trong giai đoạn đầu, cầu BTCT thường có dạng cầu bản, dầm và vòm có khẩu độ nhỏ hơn 30m. - Đến những năm 30 của thế kỉ 20 sau khi kỹ sư Freyssinet nghiên cứu thành công BTCT ứng suất trước thì BTCT bắt đầu phát triển mạnh mẽ. - Sau đại chiến thế giới thứ 2, các kết cấu nhịp lắp ghém, bán lắp ghép bằng BTCT DWL được sử dụng hàng loạt. - Hiện nay, cầu BTCT ngày càng được phát triển, mở ra kỉ nguyên mới trong sử dụng KCN BTCT thay thế cho KCN cầu thép, cầu BTCT đã vượt được khẩu độ đến 200-300m và sự hình thành các KCN liên hợp như dàn – dây, dầm – dây, … chắc chắn sẽ xuất hiện nhưng cây cầu có khẩu độ nhịp lớn hơn 400-500m. Hình 1-5. Cầu bê tông cốt thép Lịch sử phát triển ngành cầu Việt Nam So với các nước trên thế giới, ngành xây dựng cầu Việt nam vẫn còn non trẻ. Trước cách mạng tháng 8, trên các tuyến đường ô tô chủ yếu có các cầu BTCT nhịp nhỏ từ 3-20m, khổ hẹp, một làn xe, tải trọng nhỏ thuộc hệ thống cầu bản, dầm giản đơn, dầm hẫng, khung. Trong thời kì này cũng có một số cầu thép lớn vượt qua các sông lớn như cầu Đuống, cầu Ninh Bình, cầu Lai Vu, cầu Long biên cho đường sắt và ô tô đi chung, … trong đó cầu Long Biên có nhịp lớn nhất gần 130m, chiều dài toàn cầu gần 3km. Trong thời kì kháng chiến chống Pháp phần lớn các cầu đã bị phá hoại. Từ sau 1954, hòa bình lập lại, một loạt cầu mới trên đường sắt và ô tô đã được xây dựng gồm cầu thép như cầu Hàm Rồng, cầu Việt Trì, cầu BTCT thường như cầu Bùng, cầu Giẽ, cầu BTCT dự ứng lực như cầu Phủ Lỗ,…Các cầu này từ 1964 -1972 lại bị đế quốc Mỹ ném bom phá hoại. Từ năm 1975 đến nay chúng ta xây dựng hàng loạt các cầu mới trên tuyến đường sắt và ô tô như: 8
- Cầu Thăng Long qua sống Hồng cho đường sắt và ô tô được xây xong năm 1982, nhịp chính là dàn thép liên tục, nhịp lớn nhất 112m, cầu dẫn là các nhịp dầm giản đơn BTCT DƯL 33m, chiều dài toàn cầu 1680m - Cầu Chương Dương qua sông Hồng (1985) có nhipij chính là dàn thép, nhịp lớn nhất 97,6m chiều dài toàn cầu 1211m - Cầu Đò Quan (Nam Định) năm 1994, nhịp chính là dầm thép liên hợp bản BTCT liên tục, sơ đồ nhịp 42+63+42m - Cầu Phú Lương (Hải Dương), năm 1996, cầu khung BTCTDUL, thi công bằng phương pháp đúc hẫng, nhịp lớn nhất 102m - Cầu Sông Gianh (Quảng Bình), năm 1998, dầm liên tục BTCTDUL có nhịp lớn nhất 120m - Cầu Hoàng Long (Thanh Hóa), cầu khung dầm BTCTDUL có nhịp lớn nhất 130m - Hàng loạt các cầu dây văng như: Cầu Đakrông (Quảng Trị), cầu quay Sông Hàn (Đà Nẵng), cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long), cầu Bính (Hải Phòng), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Cần Thơ, cầu Nhật Tân, cầu Bạch Đằng, … 1.6.2. Phương hướng phát triển của ngành xây dựng cầu 1.6.2.1. Về vật liệu - Các loại vật liệu có cường độ cao sẽ sớm được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng cầu như: Bê tông mác cao, bê tông siêu dẻo có cường độ sớm, thép cường độ cao, thép hợp kim thấp. - Để giảm trọng lượng bản thân kết cấu, đẩy mạnh nghiên cứu sử dụng các loại vật liệu nhẹ, hợp kim nhôm, bê tông cốt thép hoặc sợi thủy tinh, … 1.6.2.2. Về kết cấu Trong xây dựng cầu, các kết cấu hợp lí sẽ được sử dụng như: - Kết cấu thép – BTCT liên hợp, BTCTDUL,…, - Kết cấu có sử dụng bản trực hướng, tiết diện hình hộp, … - Cầu dây văng và cầu khung dầm BTCTDUL, … 1.6.2.3. Về công nghệ thi công - Sử dụng các phương tiện vận chuyển và lao lắp có năng lực lớn - Áp dụng nhanh các công nghệ thi công tiên tiến như: Đúc đẩy, đúc hẫng, lắp hẫng, đúc trên đà giáo di động, … 1.6.2.4. Về tính toán - Hoàn thiện lí thuyết tính toán với sự trợ giúp của công nghệ tin học thông qua các phần mềm tính toán chuyên dụng như: Midas Civil, RM, … - Đẩy mạnh nghiên cứu tính toán chính xác kết cấu có xét đầy đủ các yếu tố phi tuyến, không gian, … - Nghiên cứu tác động của môi trường đến kết cấu cầu như: Nhiệt độ, gió, bão, động đất, … - Tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường để so sánh và đánh giá sự hoàn chỉnh của lí thuyết. 9
Chương 2: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI 2.1. Cấu tạo mặt cầu 2.1.1. Cấu tạo mặt cầu đường ôtô: Có 3 loại chính a. Mặt cầu có phủ bêtông atphan Hình 2-1. Cấu tạo mặt cầu đường ô tô 1- Lớp đệm vữa xi măng có mác 150  200, chiều dày 1  1,5 cm. Có tác dụng tạo phẳng hoặc tạo độ dốc ngang cho cầu. 2- Lớp phòng nước, có tác dụng không cho nước thấm vào trong bản mặt cầu. Có chiều dầy 1  1,5 cm. Bao gồm một lớp nhựa nóng bên trên phủ một lớp vải thô tẩm nhựa và phủ tiếp một lớp nhựa lên trên. Có thể bỏ được lớp này nếu mặt cầu có độ dốc dọc lớn hoặc là bê tông DƯL không nứt. 3- Lớp bê tông bảo hộ, mác 200 có lưới cốt thép ∅4 mắt lưới 200x200. Lớp này có tác dụng chống các va đập cục bộ trong các cầu có bản mặt cầu lắp ghép. Đối với cầu có bản mặt cầu đổ tại chỗ ta có thể bỏ được lớp này. 4- Lớp bê tông nhựa, chiều dày 4  5cm. Loại mặt cầu bẳng bê tông atphan thường được sử dụng vì nó có khả năng chống thấm tốt, dễ dàng cho việc sửa chữa. b. Mặt cầu bằng BTXM Hình 2-2. Cấu tạo mặt cầu BTXM Mặt cầu bằng BTXM có lớp 1 và lớp 2 giống với mặt cầu bằng bê tông atphan. Lớp 3 là lớp BTXM mác 300, có lưới cốt thép dày từ 6  8cm. Loại mặt cầu này có cường độ và khả năng chống thấm tốt. Tuy nhiên khi sửa chữa gặp khó khăn. Nếu đường bằng bê tông thì mặt cầu cũng phải bằng BTXM. c. Mặt cầu bằng thép Hình 2-3. Cấu tạo mặt cầu thép Ưu điểm: Tĩnh tải giảm, chiều cao kiến trúc nhỏ, mặt cầu còn tham gia làm việc cùng với dầm chủ. 1- Tấm thép có chiều dày 10  12 mm được tăng cường bởi các sườn thép được gọi là bản trực hướng. 2- Lưới cốt thép  6 để tăng tính dính bám của bêtông atphan hoặc BTXM phía trên. 3- Lớp bê tông nhựa hoặc bê tông atphan áp dụng mặt cầu này trong các trường hợp cần sửa chữa tăng cường cho cầu cũ, cầu cần có tĩnh tải nhẹ (cầu Thăng Long) 10
Hình 2-4. Các dạng bản trực hướng 2.1.2. Cấu tạo mặt cầu đường sắt a. Mặt cầu trần (tà vẹt+ ray) 1. Ray chính; 2. Ray phụ; 3. Tà vẹt; 4. Gỗ gờ; 5. Bu lông móc Hình 2-5. Cấu tạo mặt cầu trần Ray chính: Thường dùng loại có ký hiệu P43 (43kg/m). Có chiều dài mỗi thanh ray l=12,5m hoặc loại 25m. Mối nối ray nên đặt đối xứng (giảm số lần xung kích khi tàu qua cầu, thuận tiện cho đặt bằng máy). Với cầu dài thì nên dùng loại ray 25m để giảm số lượng mối nối. Ray phụ: Có thể dùng loại P43 hoặc P38 (bằng hoặc nhỏ hơn ray chính). Nếu chiều dài cầu lớn hơn 25 m hoặc cầu đặt trong đường cong thì phải đặt ray phụ phòng trường hợp tàu trật bánh. Ray phụ đặt trong ray chính và được kéo dài ra phạm vi mố 2,5m rồi uốn cong chập lại ở tim đường. Hình 2-6. Sơ đồ bố trí ray Tà vẹt trên cầu: + Nếu là đường 1435 thì tà vẹt của cầu có kích thước 3000x200x200 + Nếu là đường 1000 thì tà vẹt của cầu là loại 2200x200x200 Khoảng cách tối thiểu giữa các tà vẹt là 10cm tối đa là 15cm. Nếu để gần thì là tăng tĩnh tải của cầu, nếu để xa thì sẽ là cho ray bị uốn lớn. - Để liên kết tà vẹt với dầm ta dùng bu lông móc. Gỗ gờ: Để đảm bảo cự ly giữa các tà vẹt và đảm bảo các tà vẹt không xô lên nhau Ưu điểm : -Chiều cao kiến trúc nhỏ. -Cấu tạo đơn giản, tính tải nhỏ. Nhược điểm: -Tiếng ồn lớn 11
- Đàn hồi kém. - Ô nhiễm môi trường. b. Mặt cầu có máng ba lát 1. Ray chính; 2. Ray phụ; 3. Tà vẹt; 4. Đá dăm (ba lát); 5. Máng chứa đá dăm bằng BTCT; 6. ống thoát nước; 7. Lớp bê tông bảo hộ; 8. Lớp phòng nước. Hình 2-7. Cấu tạo mặt cầu có máng ba lát - Ray đặt trực tiếp trên tàvẹt. - Dưới tàvẹt là đá Ba lát dày hơn 20 cm. - Bản mặt cầu bằng BTCT, có dạng lòng máng để chứa đá dăm. Ưu điểm: - Tạo sự đồng nhất giữa cầu vàđường nên tàu chạy êm - Tính đàn hồi tốt. - Tuổi thọ lớn do có máng đá dăm và ống thoát nước nên nước thải trên cầu không ảnh hưởng đến dầm Nhược điểm: - Chiều cao kiến trúc lớn. - Trọng lượng bản thân lớn áp dụng cho các cầu nhỏ, cầu gần khu dân cư và cầu gần ga. c. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản bê tông 1. Ray chính; 2. Ray phụ bằng thép góc L100x100x10; 3. Neo ray phụ vào bê tông; 4. Bu lông neo đặc biệt; 5. Thép đệm ray; 6. Đệm cao su dày 1cm; 7. Vữa xi măng hoặc keo epoxy Hình 2-8. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản bê tông * Ưu điểm: - Chiều cao kiến trúc thấp nhất - Tĩnh tải cầu là nhẹ nhất * Nhược điểm: - Liên kết giữa ray và bản mặt cầu phức tạp 12
* Phạm vi áp dụng: Cầu đường sắt và cầu đường ôtô chạy chung ở những nơi cần giảm chiều cao kiến trúc. 2.2. Độ dốc, phòng nước, thoát nước trên cầu 2.2.1. Độ dốc trên cầu a. Độ dốc dọc trên cầu Độ dốc dọc trên cầu phụ thuộc vào độ dốc dọc trên tuyến - Độ dốc có thể làm độ dốc một chiều với cầu có 1 nhịp. - Độ dốc dọc có thể là 2 chiều với cầu nhiều nhịp. - Độ dốc dọc được tạo bằng cách thay đổi chiều cao mũ trụ. - Độ dốc dọc càng lớn thì đất đắp đầu cầu càng giảm và thoát nước càng nhanh tuy nhiên nếu độ dốc dọc quá lớn sẽ ảnh hưởng đến chất lượng khai thác của cầu. b. Độ dốc ngang cầu (độ dốc thoát nước) Độ dốc ngang cầu được tạo bằng cách thay đổi chiều dày lớp vữa đệm hoặc thay đổi chiều cao tấm kê gối theo phương ngang cầu. Còn khi mặt cầu được đổ tại chỗ thì độ dốc ngang được tạo ngay trong quá trình đổ bê tông. - Độ dốc ngang có độ lớn từ 1,5-2%. 2.2.2. Phòng nước trên cầu - Lớp phòng nước, có tác dụng không cho nước thấm vào trong bản mặt cầu. Có chiều dầy 1  1,5 cm. Bao gồm một lớp nhựa nóng bên trên phủ một lớp vải thô tẩm nhựa và phủ tiếp một lớp nhựa lên trên. - Ngoài ra lớp phòng nước còn được sử dụng bằng một lớp vải phòng nước. 2.2.3. Thoát nước trên cầu - Thoát nước trên cầu bằng độ dốc dọc, độ dốc ngang và ống thoát nước. - Ống thoát nước trên cầu có d ≥ 150mm, thò ra khỏi mặt dưới của bê tông tối thiểu là 100mm. + Đối với cầu ôtô cứ 1m2 diện tích hứng nước phải có 1cm2 diện tích thoát nước. + Cầu đường sắt cứ 1m2 diện tích hứng nước phải có 4cm2 diện tích thoát nước. 2.3. Nối tiếp giữa đường vào cầu - Chiều rộng nền đường đắp đầu cầu lớn hơn chiều rộng từ lan can về hai phía là 50cm về mỗi bên trên một đoạn có chiều dài ít nhất là 10m và vuốt nối vào nền bình thường trên một đoạn từ 15 đến 20m. - Nối tiếp giữa đường vào cầu phải đảm bảo cho xe chạy êm thuận, ở những cầu nhịp nhỏ khi kết cấu nhịp tựa trực tiếp lên mố không qua gối cầu thì nối tiếp thực hiện như sau: - Với các cầu có khẩu độ lớn hơn 12m kê trên gối, các cầu dầm hay cầu khung, để nối tiếp từ đường vào cầu người ta dùng bản quá độ. 13
2.4. Khe co giãn trên cầu 2.4.1. Mục đích và yêu cầu đối với khe co giãn Hình 2-9. Khe co giãn trên cầu - Mục đích: để cho đầu dầm có thể chuyển vị tự do dưới tác dụng của tải trọng, nhiệt độ, từ biến của bê tông. - Yêu cầu của khe co giãn: + Đảm bảo cho xe chạy êm thuận + Kín nước + Thay thế và sửa chữa đơn giản + Giá thành rẻ 2.4.2. Khe co giãn dùng cho các chuyển vị nhỏ a. Khe biến dạng hở Hình 2-10. Khe co giãn biến dạng hở - Áp dụng cho các cầu nhỏ có l ≤ 9m - Mật độ xe qua cầu thấp - Cấu tạo: chỉ có thép góc ốp ở đầu dầm. Ngoài ra người ta còn ốp thêm một miếng cao su hình chữ U để xe chạy được êm thuận. b. Khe biến dạng kín, tầng phòng nước liên tục, dùng cho các cầu nhỏ hoặc chuyển vị nhỏ Hình 2-11. Khe co giãn biến dạng kín 1. Tấm co giãn (có thể bằng tôn tráng kẽm hoặc đồng thau); 2. Lớp phòng nước; 3. Bê tông bảo hộ; 4. Bi tum nhựa trộn cát; 5. Mặt cầu Phạm vi áp dụng: Cho các khe co dãn có chiều dài 2 – 3 cm. * Ưu điểm: Tuổi thọ cao, xe chạy êm thuận. 14
* Nhược điểm: Chế tạo phức tạp 2.4.3. Khe co giãn dùng cho các nhịp có chiều dài 12  40m a. Khe co giãn dạng bản thép trượt 1. Thép bản chiều dày 12  20mm; 2. Tầng phòng nước; 3. Tấm chặn: Hàn vào thép góc ở đầu kia,chặn không cho BT Atphanl dãn nở chiếm chỗ di chuyển của bản thép trượt. 4. Thép góc thường là thép đều cánh 125 x 125 x10; 5.Máng cao su để ngăn nước; 6. Thép neo Hình 2-12. Khe co giãn dạng bản thép trượt Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ thi công, tuổi thọ cao. Nhược điểm: Gây tiếng ồn lớn, không áp dụng được với cầu thành phố và cầu qua khu vực đông dân cư. b. Khe co giãn cao su bản thép 1. Cao su; 2. Bản thép: Tăng cường độ cứng và chống hiện tượng nở ngang khi có áp lực bánh xe chạy qua; 3. Keo epoxy; 4. Bu lông neo: Đặt ngay vào đầu dầm khi đúc dầm, tại vị trí tương ứng với lỗ bu lông của khe co dãn; 5. Bê tông cốt thép Hình 2-13. Khe co giãn cao su bản thép Ưu điểm: Chế tạo, thi công đơn giản. Nhược điểm: Tuổi thọ thấp, thường xuyên phải thay thế (10-15 năm). Phạm vi áp dụng: Dùng cho khe co dãn có chiều rộng từ 5 – 10 cm. c. Khe co giãn dạng răng lược ( l ≥ 40m) 1. Bản răng lược làm bằng thép; 2. Thép góc; 3. Bản mặt cầu 15
4. Bu lông hàn một đầu; 5. Máng cao su Hình 2-14. Khe co giãn dạng răng lược Áp dụng cho cầu có chiều dài nhịp ≥ 40m thậm chí đến 300m. Các cầu liên tục d. Mặt cầu liên tục nhiệt 1. Cốt thép bản; 2. Lớp bê tông đổ sau; 3. Lớp đệm đàn hồi Hình 2-15. Khe co giãn dạng mặt cầu liên tục nhiệt Đặc điểm: Dưới tác dụng của thẳng đứng làm việc như dầm giản đơn. Dưới tác dụng của nhiệt độ, tải trọng ngang thì làm việc như dầm liên tục. Khi hoạt tải qua khe co dãn thường gây nên hiện tượng xung kích lớn, không êm thuận. Do vậy đối với cầu giản đơn nhiều nhịp, người ta thường tìm cách giảm bớt số lượng khe co dãn trên cầu bằng cách làm mặt cầu liên tục nhiệt, nghĩa là dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng, kết cấu nhịp vẫn làm việc như kết cấu nhịp giản đơn. Nhưng dưới tác dụng của chuyển vị theo phương dọc cầu và tải trọng ngang theo phương dọc cầu thì kết cấu nhịp làm việc như một dầm liên tục. 2.5. Lề người đi và lan can trên cầu 2.5.1. Lề người đi - Để đảm bảo an toàn, lề người đi đặt cao hơn mặt đường từ 20-40 cm. - Để giảm tĩnh tải có thể để lề người đi bằng với mặt đường nhưng phải có giải phân cách cứng. - Trong cầu đường sắt lề người đi thường để cho công nhân làm công tác duy tu bảo dưỡng. Các cầu có máng balat có chiều dài lớn hơn 20m thì phải làm 2 làn người đi có lan can, nhỏ hơn chỉ cần một lề. Chiều rộng từ 50 đến 70cm. - Với các cầu có chiều dài lớn hơn 60m thì cứ 30m phải làm một sàn tránh ở ngoài đường người đi rộng 1m dài 1,5m. Nếu cầu có hai làn người đi thì các sàn tránh nên đặt so le. 2.5.2. Lan can trên cầu Lan can được bố trí nhằm dẫn hướng cho xe chạy, người đi và đảm bảo cho xe, người đi bộ không bị rớt ra khỏi cầu khi xảy ra sự cố trong quá trình di chuyển trên cầu, đồng thời lan can cũng là bộ phận tạo nên tính thẩm mỹ cho công trình cầu. Phân loại lan can: + Lan can cứng: Được cấu tạo từ các khối bê tông lắp ghép hoặc đổ tại chỗ, phía trên có các dải thép để tạo ra tay vịn. Lan can cứng làm việc theo nguyên lý va chạm cứng nên mức độ hư hỏng khi xe va chạm là rất cao, nhưng đảm bảo được an toàn cho xe khi xảy ra tai nạn. + Lan can mềm: Được cấu tạo từ các dải thép gắn trên các cột đỡ bằng bê tông hoặc bằng thép. Lan can mềm làm việc theo nguyên lí va chạm mềm nên hạn chế được hư hỏng cho xe, tuy nhiên lại không đảm bảo được an toàn cho xe khi xay ra tai nạn trên cầu đặc biệt là các xe chạy với tốc độ cao. 16
Hình 2-16. Cấu tạo lan can Quy định về các loại lan can: + Lan can đường người đi: Chiều cao tối thiểu 1060mm tính từ mặt đường người đi bộ. + Lan can xe đạp: Chiều cao tối thiểu 1370mm tính từ mặt đường xe đạp. + Lan can ô tô: Khi va chạm xe không thể vượt qua lan can hoặc bật lại, xâm phạm vào luồng giao thông đang hoạt động. Phải có đủ cường độ chịu lực. Hình 2-17. Lan can cầu 17
Chương 3: GỐI CẦU 3.1. Khái niệm chung 3.1.1. Tác dụng của gối cầu Gối cầu làm nhiệm vụ truyền áp lực tập trung từ kết cấu nhịp xuống mố trụ và đảm bảo cho kết cấu nhịp có thể quay hoặc di động tự do dưới tác dụng của hoạt tải vànhiệt độ Có hai loại gối cầu: - Gối cố định truyền áp lực qua một điểm nhất định và chỉ cho phép đầu dầm có chuyển vị xoay. - Gối di động truyền áp lực qua một điểm và cho phép dầm có chuyển vị xoay và chuyển vị theo phương dọc hoặc phương ngang cầu. 3.1.2. Nguyên tắc bố trí gối cầu - Đối với dàn chủ (đường ô tô): Một mặt phẳng dàn chủ có một đầu đặt gối cố định một đầu đặt gối di động theo phương dọc. Mặt phẳng dàn chủ còn lại một đầu đặt gối di động theo phương ngang một đầu đặt gối di động theo cả phương dọc và theo phương ngang (hình 3.1a). Tuy nhiên gối di động theo hai phương là rất phức tạp nên khi bố trí người ta đặt gối di động theo đường chéo. a) b) Hình 3-1. Sơ đồ bố trí gối cầu - Đối với cầu dàn giàn đường sắt và cầu có dầm giản đơn có bề rộng mặt cầu không lớn (≤12-15m) thì chỉ bố trí một đầu đặt gối di động theo phương dọc cầu, một đầu đặt gối cố định (hình 3-1b). - Đối với cầu có chiều rộng mặt cầu lớn dầm ở giữa một đầu đặt gối cố định một đầu đặt gối di động. Các dầm ở xa tim cầu một đầu đặt gối di động theo phương ngang một đầu đặt gối di động theo cả hai phương hoặc đặt theo dạng đường chéo (hình 3-2) Hình 3-2 - Đối với cầu liên tục nếu mặt cầu không lớn thì chỉ cần bố trí gối cầu đảm bảo chuyển vị xoay và chuyển vị dọc cầu, đối với mặt cầu lớn thì phải bố trí để đảm bảo cả chuyển vị theo phương ngang cầu (hình 3-3). 18
Hình 3-3 - Đối với dầm giản đơn nhiều nhịp, thông thường trên một trụ người ta bố trí một gối cố định một gối di động, tuy nhiên trong trường hợp trụ có chiều cao lớn thì không nên bố trí gối cố định trên trụ này. - Đối với cầu dầm liên tục, gối cố định được đặt ở một trong các trụ ở giữa có chiều cao thấp, mố và trụ còn lại đặt gối di động. 3.2. Các loại gối cầu 3.2.1. Gối cầu BTCT a. Gối tiếp tuyến bằng thép 1. Thớt trên (dầy 40mm); 2. Thớt dưới, mặt cong (dày 40mm); 3. Thép bản (chiều dày 20mm); 4;5. Cốt thép neo để neo bẻn thép vào bệ 6. Chốt thép Hình 3-4. Gối cầu bằng thép Thớt trên và dưới đều được làm từ thép đúc hoặc thép mài.Thớt dưới có bề cong. Tính khớp của gối được đảm bảo bằng việc tiếp xúc giữa một mặt phẳng và một mặt trụ, hai thớt có thể lăn hoặc trượt lên nhau. Đối với gối cố định dùng một chốt thép  32, chốt chặt thớt trên và thớt dưới, ngăn cản chuyển vị theo mọi phương. Đối với gối di động: Có cấu tạo tương tự như gối cố định nhưng thường cao hơn một chút. Để đảm bảo chuyển vị theo phương dọc cầu có thể xử lý bằng hai cách: Cách 1: Không làm chốt thép nhưng cần làm thêm nẹp để chống chuyển vị theo phương ngang cầu. Cách 2: Làm chốt hình Ô van theo phương dọc cầu. * Kích thước: 19