Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội và hiện đại hóa hệ thống cơ sở hạ tầng, giao thông vận tải đóng vai trò huyết mạch kết nối các vùng kinh tế, phục vụ dân sinh và củng cố an ninh quốc phòng. Việc xây dựng các công trình vượt khẩu độ lớn như cầu, hầm, đường cao tốc đòi hỏi đội ngũ kỹ sư phải tiếp cận, làm chủ các công nghệ kết cấu hiện đại trên thế giới nhằm tạo ra các công trình có độ bền vững cao, tuổi thọ dài hạn và đảm bảo mỹ quan đô thị. Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đồng Quang Phúc (chuyên ngành Kỹ thuật Cầu đường K58, Khoa Đào tạo Quốc tế, Trường Đại học Giao thông Vận tải) được thực hiện nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật công trình cầu vĩnh cửu vượt sông, kết nối tuyến quốc lộ quan trọng giữa các trung tâm kinh tế khu vực.
Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể như sau:
- Đề xuất và phân tích so sánh hai phương án kết cấu nhịp cầu vượt sông: Phương án 1 (Cầu dầm liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng) và Phương án 2 (Cầu dàn thép liên tục).
- Lựa chọn phương án tối ưu về mặt kỹ thuật, kinh tế và điều kiện thi công tại vị trí xây dựng công trình.
- Thực hiện tính toán thiết kế kỹ thuật chi tiết cho phương án được chọn (Phương án 1), bao gồm:
- Tính toán đặc trưng hình học, tải trọng tác dụng và phân tích nội lực kết cấu nhịp chính theo các giai đoạn thi công đúc hẫng và giai đoạn khai thác.
- Tính toán, bố trí và kiểm toán cốt thép dự ứng lực, cốt thép thường cho dầm chủ tại các mặt cắt nguy hiểm (mặt cắt đỉnh trụ và mặt cắt giữa nhịp) theo các trạng thái giới hạn.
- Tính toán thiết kế kết cấu phần dưới: thiết kế mố chữ U (mố M0) và trụ thân rộng (trụ T4/T5), bao gồm kiểm toán sức chịu tải của móng cọc khoan nhồi theo vật liệu và theo đất nền.
- Thiết kế các hạng mục phụ trợ thi công chính: kiểm toán ổn định chống lật kết cấu nhịp khi đúc hẫng, tính toán chiều dày lớp bê tông bịt đáy bệ móng, thiết kế vòng vây cọc ván thép hố móng trụ T5 và tính toán đà giáo mở rộng trụ T5.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu nhịp cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) liên tục thi công đúc hẫng cân bằng, kết cấu mố trụ cầu bê tông cốt thép và hệ móng cọc khoan nhồi đường kính lớn.
- Phạm vi không gian: Vị trí cầu vượt sông trên tuyến quốc lộ, khổ thông thuyền Cấp III (chiều cao thông thuyền $H = 7\text{ m}$, bề rộng thông thuyền $B = 50\text{ m}$).
- Phạm vi thời gian và quy mô: Công trình cầu vĩnh cửu có tuổi thọ thiết kế trên 100 năm; đồ án hoàn thành vào tháng 06/2022 tại Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS. Đỗ Anh Tú và TS. Nguyễn Văn Hậu.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận được xây dựng dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của ngành giao thông vận tải và các mô hình cơ học kết cấu cầu:
- Tiêu chuẩn thiết kế áp dụng:
- Tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823-2017 do Bộ Giao thông Vận tải ban hành (áp dụng nguyên lý thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng - LRFD).
- Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05.
- Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 (áp dụng trong phần công thức tính toán sức kháng của cọc khoan nhồi).
- Tiêu chuẩn vật liệu thép dự ứng lực ASTM A416M Grade 270.
- Mô hình tải trọng thiết kế:
- Hoạt tải xe thiết kế: HL93 (gồm tổ hợp xe tải thiết kế Truck + tải trọng làn Lane; xe hai trục thiết kế Tandem + tải trọng làn Lane; và trường hợp 90% của 2 xe tải thiết kế cách nhau 15m + tải trọng làn để tính mômen âm tại đỉnh trụ).
- Hệ số xung kích hoạt tải xe thiết kế: $(1 + IM) = 1{,}33$.
- Tần suất lũ thiết kế: $P = 1%$.
- Tải trọng tĩnh tải: Tĩnh tải bản thân kết cấu giai đoạn 1 (DC, $\gamma_{DC} = 1{,}25$) và tĩnh tải lớp phủ mặt cầu, tiện ích công cộng giai đoạn 2 (DW, $\gamma_{DW} = 1{,}50$).
- Phương pháp tính toán và phân tích kết cấu:
- Phương pháp giải tích cơ học kết cấu: Thiết lập sơ đồ tính toán cho từng giai đoạn độc lập (sơ đồ khung chữ T khi đúc hẫng đối xứng, sơ đồ hợp long nhịp biên, sơ đồ hợp long nhịp giữa, sơ đồ tháo dỡ tải trọng thi công/xe đúc, sơ đồ dầm liên tục chịu tĩnh tải giai đoạn 2 và hoạt tải).
- Mô hình hóa số: Sử dụng phần mềm phân tích kết cấu MIDAS Civil (phiên bản 2019) và SAP để vẽ đường ảnh hưởng nội lực, xếp tải bất lợi nhất và xác định đường bao mômen, lực cắt tại các mặt cắt tính toán.
- Phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH): Kiểm toán cường độ (TTGH Cường độ I) về sức kháng uốn, sức kháng cắt; kiểm toán điều kiện sử dụng (TTGH Sử dụng) về khống chế ứng suất nén/kéo và điều kiện chống nứt bê tông.
- Nguồn dữ liệu địa chất và thủy văn:
- Điều kiện thủy văn: Mực nước cao nhất thiết kế $MNCN = 25{,}45\text{ m}$, mực nước thông thường $MNTN = 16{,}00\text{ m}$.
- Cấu tạo địa tầng gồm 4 lớp đất: Lớp 1 (Cát bột hạt nhỏ, trạng thái chặt vừa, chiều dày trung bình $13{,}2\text{ m}$); Lớp 2 (Sét dẻo cứng, chiều dày $9{,}9\text{ m}$); Lớp 3 (Sét nửa cứng, chiều dày $12{,}8\text{ m}$); Lớp 4 (Cát hạt thô màu xám trắng, xám xanh ở trạng thái chặt, chiều dày vô cùng).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Phương án 1 - Cầu dầm liên tục thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng
Chương này tổng quan về lịch sử ứng dụng công nghệ đúc hẫng cân bằng trên thế giới và tại Việt Nam từ năm 1977 (qua các công trình cầu Rào, Niệm, An Dương, cầu Bính, Nông Tiến, Phú Lương, Ba Tri, Vĩnh Tuy, Phù Đổng, Non Nước, Hòa Bình, Tân Đệ, Yên Lệnh). Tác giả phân tích ưu điểm tiết kiệm đà giáo, linh hoạt điều chỉnh chiều cao dầm theo quy luật parabol và không phụ thuộc vào không gian thông thuyền dưới sông đối với khẩu độ từ $80\text{ m} - 130\text{ m}$.
Quy mô và kích thước hình học chính của công trình trong Phương án 1:
- Sơ đồ nhịp cầu chính: Dầm liên tục 3 nhịp bằng bê tông cốt thép dự ứng lực với sơ đồ $(55 + 90 + 55)\text{ m}$. Nhịp dẫn hai đầu cầu sử dụng dầm I bê tông dự ứng lực giản đơn khẩu độ $33\text{ m}$.
- Trắc dọc và trắc ngang: Cầu nằm trên đường thẳng mặt bằng; trắc dọc nằm trên đường cong đứng bán kính $R = 5000\text{ m}$, độ dốc dọc $i_d = 4%$, độ dốc ngang mặt cầu $i_n = 2%$. Quy mô 2 làn xe chạy, bề rộng phần xe chạy $B_{xe} = 2 \times 3{,}5\text{ m} = 7{,}0\text{ m}$, lề bộ hành $b = 2 \times 2{,}0\text{ m}$, chân lan can $b_{lc} = 2 \times 0{,}5\text{ m}$, dải vạch sơn $b_{vs} = 2 \times 0{,}2 + 0{,}6\text{ m}$.
- Cấu tạo dầm chủ nhịp chính: Dầm hộp kín đơn có 2 sườn đứng. Chiều cao dầm thay đổi theo đường parabol bậc 2 từ $H = 5{,}3\text{ m}$ tại mặt cắt trên đỉnh trụ chính xuống $h = 2{,}0\text{ m}$ tại mặt cắt giữa nhịp.
- Phân chia khối đúc: Khối đỉnh trụ K0 có chiều dài $14\text{ m}$; các khối đúc hẫng K1 đến K7 có chiều dài $4\text{ m}$/khối; các khối K8 đến K9 có chiều dài $4{,}5\text{ m}$/khối; khối hợp long nhịp biên và nhịp giữa dài $2\text{ m}$; đoạn dầm đúc trên đà giáo cố định phía mố dài $9\text{ m}$.
- Quy đổi tiết diện hộp sang tiết diện chữ T tương đương:
- Mặt cắt gần đỉnh trụ: Bề rộng cánh trên $b_s = 13000\text{ mm}$, chiều dày cánh trên $t_s = 415\text{ mm}$, bề rộng sườn $t_w = 1200\text{ mm}$ (hoặc $1000\text{ mm}$), chiều cao sườn $D_w = 4024\text{ mm}$, bề rộng bản đáy $b_b = 5500\text{ mm}$, chiều dày bản đáy $t_b = 861\text{ mm}$.
- Mặt cắt giữa nhịp: Bề rộng cánh trên $b_s = 13000\text{ mm}$, $t_s = 415\text{ mm}$, bề rộng sườn $t_w = 1000\text{ mm}$, chiều cao sườn $D_w = 1132\text{ mm}$, bề rộng bản đáy $b_b = 6500\text{ mm}$, chiều dày bản đáy $t_b = 453\text{ mm}$.
- Cấu tạo lớp phủ mặt cầu: Bê tông nhựa hạt mịn dày $7\text{ cm}$ kết hợp lớp phòng nước Recon 7 dày $4\text{ mm}$.
- Tải trọng tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ: Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 1 $DC_{tc} = 267{,}77\text{ kN/m}$, tính toán $DC_{tt} = 334{,}71\text{ kN/m}$; tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 2 $DW_{tc} = 51{,}11\text{ kN/m}$, tính toán $DW_{tt} = 67{,}26\text{ kN/m}$.
Chương 2 & 3: Phương án 2 (Cầu dàn thép liên tục) và So sánh lựa chọn phương án
Tác giả lập phương án so sánh là cầu dàn thép liên tục với các bước tính toán sơ bộ kết cấu nhịp dàn, hệ mặt cầu, hệ thống mố trụ T5 và bố trí cọc móng. Dựa trên các nguyên tắc lựa chọn phương án công trình cầu, tác giả thực hiện so sánh đối chiếu:
- Phương án 1 (Dầm hộp BTCT DƯL đúc hẫng cân bằng): Tận dụng tốt vật liệu địa phương (cát, đá, xi măng), độ cứng kết cấu lớn, xe chạy êm thuận, chi phí bảo dưỡng trong quá trình khai thác thấp, công nghệ thi công không cản trở thông thuyền trên sông, tính thẩm mỹ hòa hợp cảnh quan.
- Phương án 2 (Cầu dàn thép liên tục): Trọng lượng kết cấu bản thân nhẹ, khả năng vượt nhịp lớn nhưng đòi hỏi chi phí bảo dưỡng sơn chống rỉ định kỳ cao, tiêu tốn lượng thép gia công chuyên dụng lớn và giá thành đầu tư cao hơn.
Kết luận so sánh: Tác giả chọn Phương án 1 - Cầu dầm hộp BTCT DƯL liên tục thi công bằng công nghệ đúc hẫng cân bằng để triển khai thiết kế kỹ thuật chi tiết ở các chương tiếp theo.
Chương 4: Tính toán thiết kế chi tiết kết cấu nhịp chính
Chương 4 tập trung tính toán cơ lý vật liệu, giải nội lực chi tiết và kiểm toán khả năng chịu lực của dầm chủ:
- Đặc tính vật liệu: Bê tông dầm chủ có cường độ chịu nén 28 ngày $f'c = 45\text{ MPa}$; bê tông bản mặt cầu và dầm ngang $f'c = 35\text{ MPa}$; cốt thép dự ứng lực loại 7 sợi xoắn ASTM A416M Grade 270 có đường kính danh định $D = 15{,}2\text{ mm}$, diện tích 1 sợi $A{s1} = 140\text{ mm}^2$, cường độ chịu kéo giới hạn $f{pu} = 1860\text{ MPa}$, giới hạn chảy $f_{py} = 1674\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 195000\text{ MPa}$.
- Phân tích nội lực qua các giai đoạn thi công:
- Giai đoạn thi công đúc hẫng lớn nhất: Mômen âm tiêu chuẩn tại đỉnh trụ $M_{tc} = -222591\text{ kN}\cdot\text{m}$, mômen tính toán $M_{tt} = -278238\text{ kN}\cdot\text{m}$.
- Giai đoạn hợp long biên: $M_{tc} = -235564\text{ kN}\cdot\text{m}$, $M_{tt} = -294455\text{ kN}\cdot\text{m}$.
- Giai đoạn hợp long nhịp giữa: $M_{tc} = -243265\text{ kN}\cdot\text{m}$, $M_{tt} = -304081\text{ kN}\cdot\text{m}$.
- Do hoạt tải HL93: Mômen âm tại đỉnh trụ $M_{tt} = -69086\text{ kN}\cdot\text{m}$; mômen dương tại giữa nhịp do tổ hợp xe tải và làn đạt $M_{tt} = 15151{,}3\text{ kN}\cdot\text{m}$.
- Bố trí cáp dự ứng lực và kiểm toán mặt cắt:
- Mặt cắt giữa nhịp: Mômen tính toán $M_{tt} = 41011\text{ kN}\cdot\text{m}$. Bố trí 12 bó cáp DƯL (mỗi bó gồm 22 tao sợi xoắn $\phi 15{,}2$), tổng diện tích $A_{ps} = 36960\text{ mm}^2$. Sức kháng uốn tính toán $M_r = 130024\text{ kN}\cdot\text{m}$. Tỷ số $M_r / M_{tt} = 2{,}75 > 1$ (đạt yêu cầu theo TTGH Cường độ I).
- Mặt cắt đỉnh trụ: Mômen âm tính toán $M_{tt} = -338604\text{ kN}\cdot\text{m}$. Bố trí 20 bó cáp DƯL (mỗi bó 22 tao sợi xoắn $\phi 15{,}2$), tổng diện tích $A_{ps} = 61600\text{ mm}^2$. Sức kháng uốn tính toán $M_r = 537660\text{ kN}\cdot\text{m}$. Tỷ số $M_r / M_{tt} = 1{,}588 > 1$ (đạt yêu cầu theo TTGH Cường độ I).
- Kiểm toán điều kiện chịu cắt của dầm chủ với chiều rộng sườn tính toán $b_v = 1600\text{ mm}$ và kiểm tra khống chế nứt theo TTGH Sử dụng.
Chương 5: Tính toán thiết kế mố M0
Chương này trình bày chi tiết kết cấu mố M0 và nhịp dẫn:
- Cấu tạo nhịp dẫn: Gồm 5 dầm I bê tông dự ứng lực chiều dài $L = 33\text{ m}$ (chiều dài tính toán $L_{tt} = 32{,}4\text{ m}$), khoảng cách dầm $S = 2500\text{ mm}$, chiều cao dầm $H_b = 165\text{ cm}$, chiều dày bản mặt cầu $t_s = 200\text{ mm}$.
- Kích thước hình học mố M0: Chiều cao toàn mố $H_{mo} = 776{,}2\text{ cm}$, bề rộng mố $B_{mo} = 1300\text{ cm}$. Kích thước bệ móng $L_m \times B_m \times h_m = 600 \times 1300 \times 200\text{ cm}$. Chiều cao tường đỉnh $h_{td} = 254{,}2\text{ cm}$, chiều dày $t_{td} = 50\text{ cm}$. Chiều cao tường thân $h_{tt} = 322\text{ cm}$, chiều dày $t_{tt} = 150\text{ cm}$. Bản quá độ có chiều dài $L_{qd} = 600\text{ cm}$, dày $t_{qd} = 30\text{ cm}$, rộng $B_{qd} = 1200\text{ cm}$.
- Tải trọng tác dụng lên đáy bệ mố:
- Tĩnh tải bản thân mố: Bệ mố $G_m = 5635{,}0\text{ kN}$, tường đỉnh $G_{td} = 396{,}4\text{ kN}$, tường thân $G_{tt} = 2740{,}3\text{ kN}$, tường cánh $G_{tc1} = 684{,}8\text{ kN}$, đất đắp sau mố $G_{dat} = 7760{,}0\text{ kN}$, bản quá độ $G_{qd} = 197\text{ kN}$.
- Tĩnh tải kết cấu nhịp dẫn truyền xuống: Tổng lực tĩnh tải $4135{,}9\text{ kN}$ (gồm dầm chủ $1534{,}5\text{ kN}$, bản mặt cầu $1245{,}8\text{ kN}$, lớp phủ $663{,}5\text{ kN}$, ván khuôn đáy $313{,}5\text{ kN}$, dầm ngang $189{,}8\text{ kN}$, lan can $188{,}9\text{ kN}$).
- Hoạt tải xe truyền xuống: Áp lực hoạt tải đứng từ nhịp dẫn $P_h = 1162{,}42\text{ kN}$; áp lực do hoạt tải đứng trên bản quá độ $P_{hqd} = 270{,}45\text{ kN}$.
- Tổng tải trọng thẳng đứng tính toán theo TTGH Cường độ I tác dụng lên đáy móng mố đạt $30456{,}9\text{ kN}$ (tổng tải trọng tiêu chuẩn TTGH Sử dụng đạt $24039{,}2\text{ kN}$).
- Kiểm toán móng cọc khoan nhồi mố M0:
- Đường kính cọc khoan nhồi $D = 1{,}2\text{ m}$, chiều dài cọc $L = 45\text{ m}$, cốt thép dọc gồm 24 thanh D32 ($A_{st} = 19656\text{ mm}^2$, $f_y = 420\text{ MPa}$), cốt đai xoắn, bê tông cọc $f'_c = 30\text{ MPa}$.
- Sức kháng nén danh định của cọc theo vật liệu $P_n = 44894{,}0\text{ kN}$, sức kháng nén tính toán $P_r = 40404{,}63\text{ kN}$ ($\phi = 0{,}9$). Tính toán sức kháng đơn cọc và nhóm cọc trong tầng đất dính theo chỉ tiêu cường độ cắt không thoát nước và cắm vào tầng cát chịu lực.
Chương 6 & 7: Tính toán trụ cầu và Thiết kế biện pháp thi công
Nội dung hai chương cuối tập trung vào kết cấu phần dưới nhịp chính và các giải pháp tổ chức thi công phụ trợ:
- Tính toán trụ T4 và T5: Xác định tổ hợp tải trọng bất lợi nhất tác dụng lên đáy bệ trụ bao gồm trọng lượng bản thân trụ, phản lực dầm chủ nhịp chính $(55 + 90 + 55)\text{ m}$, hoạt tải xe HL93, lực hãm xe, lực ma sát gối cầu, áp lực gió tác dụng lên trụ và kết cấu nhịp, áp lực nước chảy. Bố trí hệ móng cọc khoan nhồi $D = 1{,}2\text{ m}$ dưới bệ trụ T4/T5 và kiểm toán sức chịu tải theo TTGH Cường độ I.
- Tính toán biện pháp thi công đúc hẫng:
- Kiểm toán chống lật khi đúc hẫng cân bằng: Xác định mômen gây lật do tổ hợp tải trọng thi công bất lợi lệch một phía (trọng lượng xe đúc, bê tông ướt khối đúc cuối cùng, tĩnh tải chênh lệch), từ đó tính toán số lượng thanh neo cường độ cao (High Strength bars) liên kết dầm với đỉnh trụ để chống lật.
- Tính toán chiều dày lớp bê tông bịt đáy: Đảm bảo chống đẩy nổi cho hố móng trụ ngập nước.
- Thiết kế vòng vây cọc ván thép thi công mố/trụ: Kiểm toán độ ổn định, tính hệ số áp lực đất chủ động/bị động, chiều sâu chôn cọc ván thép trong đất và kiểm toán nội lực các vòng văng theo 5 sơ đồ làm việc trong các giai đoạn đào đất, hút nước.
- Tính toán đà giáo mở rộng trụ T5: Thiết kế hệ đà giáo côngxon phụ trợ, xác định tải trọng và kiểm tra nội lực kết cấu đỡ đà giáo phục vụ lắp đặt thiết bị đúc khối K0.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật công trình cầu vĩnh cửu nhịp lớn theo đúng các quy chuẩn ngành. Các kết quả số liệu định lượng chính được tổng hợp trong bảng dưới đây:
| Hạng mục thiết kế |
Thông số / Kết quả kiểm toán |
Đơn vị / Tiêu chuẩn áp dụng |
Đánh giá an toàn |
| Sơ đồ nhịp cầu chính |
$55 + 90 + 55$ |
Mét (m) |
Dầm hộp BTCT DƯL liên tục |
| Chiều cao dầm chủ |
Đỉnh trụ: $5{,}3$; Giữa nhịp: $2{,}0$ |
Mét (m) |
Quy luật Parabol bậc 2 |
| Cốt thép DƯL đỉnh trụ |
20 bó cáp ($22\phi 15{,}2$/bó), $A_{ps} = 61600$ |
$\text{mm}^2$ (ASTM A416M Grade 270) |
$M_r/M_{tt} = 1{,}588 > 1{,}0$ (Đạt) |
| Cốt thép DƯL giữa nhịp |
12 bó cáp ($22\phi 15{,}2$/bó), $A_{ps} = 36960$ |
$\text{mm}^2$ (ASTM A416M Grade 270) |
$M_r/M_{tt} = 2{,}75 > 1{,}0$ (Đạt) |
| Bề rộng sườn tính cắt |
$b_v = 1600$ |
mm |
Đạt theo TTGH Cường độ I |
| Kích thước bệ mố M0 |
$6{,}0 \times 13{,}0 \times 2{,}0$ (Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao) |
Mét (m) |
Bê tông $f'_c = 30\text{ MPa}$ |
| Tổng lực đứng đáy bệ mố |
TTGH Cường độ I: $30456{,}9$; TTGH Sử dụng: $24039{,}2$ |
kN |
Tổ hợp đầy đủ tĩnh tải và hoạt tải |
| Cọc khoan nhồi mố M0 |
Đường kính $D = 1{,}2$; Chiều dài $L = 45$ |
Mét (m), $24\Phi 32$ |
$P_r = 40404{,}63\text{ kN}$ |
| Khổ thông thuyền |
Cấp III: $H = 7{,}0$; $B = 50{,}0$ |
Mét (m) |
Đạt quy chuẩn đường thủy nội địa |
Các giải pháp và đóng góp kỹ thuật do tác giả đề xuất trong đồ án bao gồm:
- Thiết lập quy trình phân tích và kiểm soát nội lực dầm hộp biến tiết diện qua từng bước công nghệ đúc hẫng cân bằng thực tế (chia nhỏ thành các sơ đồ khung T đúc hẫng, hợp long biên, hợp long giữa và dỡ tải xe đúc).
- Tối ưu hóa việc chuyển đổi hình học phức tạp của dầm hộp kín 2 sườn thành tiết diện chữ T tương đương để tính toán diện tích cáp dự ứng lực và vị trí trục trung hòa một cách chuẩn xác theo TCVN 11823-2017.
- Hoàn thiện giải pháp thiết kế đồng bộ từ kết cấu chịu lực chính (dầm, mố, trụ, cọc khoan nhồi) đến các hạng mục biện pháp thi công phụ trợ phức tạp (neo chống lật, vòng vây cọc ván thép 5 giai đoạn, đà giáo trụ).
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong thuyết minh:
- Hạn chế: Đồ án tập trung kiểm toán chi tiết trên các mặt cắt đặc trưng bất lợi nhất (mặt cắt trên đỉnh trụ và mặt cắt giữa nhịp) và các bộ phận đại diện (mố M0, trụ T4/T5). Việc phân tích biến dạng dài hạn chưa đi sâu vào mô phỏng chi tiết quá trình từ biến và co ngót của bê tông theo biểu đồ thời gian thực đa giai đoạn kéo dài nhiều năm.
- Hướng mở rộng: Mở rộng nghiên cứu mô phỏng không gian 3D toàn diện cho toàn bộ cầu trên nền tảng tích hợp mô hình thông tin công trình (BIM Cầu đường), kết hợp tính toán trắc đạc kiểm soát cao độ võng khi đúc hẫng ngoài hiện trường và phân tích động lực học kết cấu cầu dưới tác động của động đất cấp cao.
Giá trị tham khảo
Bản khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn cao đối với:
- Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông, Cầu - Hầm; các kỹ sư thiết kế kết cấu cầu và kỹ sư giám sát/thi công cầu bê tông cốt thép đúc hẫng.
- Phần nội dung đáng tham khảo:
- Phương pháp phân chia khối đúc và thiết lập phương trình đường cong đáy dầm dạng parabol bậc 2.
- Bảng tính chi tiết quy đổi tiết diện hộp sang tiết diện chữ T và quy trình bố trí cáp dự ứng lực căng sau loại 22 tao $\phi 15{,}2$.
- Chuỗi sơ đồ tính toán tổ hợp nội lực từ giai đoạn đúc hẫng đến khi đưa vào khai thác sử dụng phần mềm MIDAS Civil.
- Quy trình tính toán kiểm tra ổn định chống lật khi đúc hẫng và bài toán thiết kế vòng vây cọc ván thép hố móng qua 5 sơ đồ làm việc.
Câu hỏi thường gặp
1. Sơ đồ nhịp và quy mô kích thước của phương án cầu dầm đúc hẫng cân bằng được chọn là gì?
Cầu chính là kết cấu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực liên tục 3 nhịp với sơ đồ $(55 + 90 + 55)\text{ m}$. Cầu dẫn hai đầu sử dụng dầm I giản đơn khẩu độ $33\text{ m}$. Bề rộng cầu thiết kế cho 2 làn xe chạy ($B_{xe} = 2 \times 3{,}5\text{ m}$), có lề người đi bộ $2 \times 2{,}0\text{ m}$ và dải biên/lan can. Dầm chủ có chiều cao thay đổi theo parabol từ $5{,}3\text{ m}$ tại đỉnh trụ xuống $2{,}0\text{ m}$ tại giữa nhịp.
2. Loại cốt thép dự ứng lực và số lượng bó cáp được bố trí tại các mặt cắt nguy hiểm là bao nhiêu?
Tác giả sử dụng cáp thép dự ứng lực xoắn 7 sợi độ tự chùng thấp theo tiêu chuẩn ASTM A416M Grade 270 (đường kính sợi $15{,}2\text{ mm}$, $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, mỗi bó gồm 22 sợi, diện tích $3080\text{ mm}^2$/bó). Tại mặt cắt giữa nhịp bố trí 12 bó cáp ($A_{ps} = 36960\text{ mm}^2$); tại mặt cắt trên đỉnh trụ bố trí 20 bó cáp ($A_{ps} = 61600\text{ mm}^2$). Cả hai mặt cắt đều thỏa mãn sức kháng uốn theo Trạng thái giới hạn Cường độ I.
3. Khối đúc hẫng của nhịp chính $90\text{ m}$ được phân chia cụ thể như thế nào?
Nhịp chính được chia thành các phân đoạn: Khối đúc trên đỉnh trụ K0 dài $14\text{ m}$; 7 đốt đúc hẫng đối xứng K1–K7 dài $4\text{ m}$/đốt; 2 đốt đúc hẫng K8–K9 dài $4{,}5\text{ m}$/đốt; khối hợp long giữa nhịp và hợp long biên dài $2\text{ m}$; đoạn đúc trên đà giáo cố định cạnh mố dài $9\text{ m}$.
4. Kết cấu mố M0 và hệ móng cọc khoan nhồi được thiết kế với các thông số nào?
Mố M0 là mố chữ U bằng bê tông cốt thép ($f'_c = 30\text{ MPa}$) có chiều cao toàn bộ $7{,}762\text{ m}$, rộng $13\text{ m}$, bệ móng kích thước $6{,}0 \times 13{,}0 \times 2{,}0\text{ m}$, kèm bản quá độ dài $6\text{ m}$ dày $30\text{ cm}$. Móng sử dụng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1{,}2\text{ m}$, chiều dài cọc $L = 45\text{ m}$, bố trí 24 thanh thép dọc D32 ($f_y = 420\text{ MPa}$), sức kháng nén tính toán theo vật liệu của cọc đạt $P_r = 40404{,}63\text{ kN}$.
5. Những nội dung thi công phụ trợ nào được tính toán chi tiết trong đồ án?
Tác giả đã thực hiện tính toán kiểm tra ổn định chống lật của dầm khi đúc hẫng (xác định lực căng và số lượng thanh neo cường độ cao liên kết dầm với trụ), tính toán chiều dày lớp bê tông bịt đáy bệ móng trụ, kiểm toán khả năng chịu lực của vòng vây cọc ván thép hố móng qua 5 sơ đồ thi công đào đất/hút nước, và thiết kế hệ đà giáo mở rộng đỉnh trụ T5 phục vụ thi công khối K0.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Đồng Quang Phúc là một công trình thiết kế kỹ thuật cầu đường hoàn chỉnh, xử lý trọn vẹn bài toán xây dựng cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực liên tục $(55 + 90 + 55)\text{ m}$ thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng. Tác giả đã tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823-2017 và tiêu chuẩn đường TCVN 4054-05, giải quyết chuẩn xác từ việc phân tích đường ảnh hưởng nội lực, bố trí cáp dự ứng lực, kiểm toán mố trụ, móng cọc khoan nhồi cho đến thiết kế các biện pháp phụ trợ thi công phức tạp. Toàn bộ các kiểm toán đều thỏa mãn điều kiện an toàn chịu lực theo các trạng thái giới hạn, mang lại nguồn tài liệu tham khảo có độ tin cậy cao cho sinh viên và kỹ sư ngành công trình cầu.
