Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh hạ tầng giao thông đường bộ tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ theo định hướng công nghiệp hóa - hiện đại hóa, nhu cầu xây dựng và nâng cấp hệ thống cầu trung và ngắn trên các tuyến quốc lộ, đường tỉnh và vành đai đô thị chiếm hơn 65% tổng khối lượng công trình vượt dòng. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng Công trình Giao thông thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (SVTH: Phạm Đăng Quang, GVHD: TS. Nguyễn Duy Liêm) tập trung giải quyết bài toán: Thiết kế cầu dầm I nhịp giản đơn 25m bằng bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) căng trước liên hợp bản bê tông cốt thép đổ tại chỗ.

Vấn đề kỹ thuật đặt ra

Các công trình cầu nhịp trung bình (20m - 30m) thường gặp phải các thách thức cốt lõi:

  • Tối ưu hóa giữa chi phí chế tạo cấu kiện đúc sẵn và năng lực cẩu lắp tại hiện trường.
  • Kiểm soát biến dạng võng dài hạn và nứt cục bộ vùng đầu dầm do tập trung ứng suất căng trước lớn.
  • Đảm bảo an toàn chịu lực dưới hoạt tải nặng tiêu chuẩn hiện hành đồng thời giảm thiểu tĩnh tải tác dụng lên hệ mố trụ và móng cọc sâu trong điều kiện địa chất phức tạp.

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế kết cấu nhịp: Xác định kích thước hình học tối ưu cho mặt cắt dầm I 25m (chiều cao $H = 1350\text{ mm}$), bố trí 24 tao cáp DƯL $\phi 15.2\text{ mm}$ (Grade 270) theo công nghệ căng trước, kiểm toán toàn diện trạng thái giới hạn cường độ, sử dụng và mỏi.
  2. Thiết kế kết cấu phần dưới: Tính toán trụ cầu dạng thân đặc, xà mũ mở rộng và bệ móng cọc khoan nhồi $D = 1000\text{ mm}$ ngàm sâu 57m vượt qua các tầng địa chất bùn sét dẻo mềm đến tầng cát pha chịu lực.
  3. Tuân thủ quy trình tiêu chuẩn: Áp dụng triệt để Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu TCVN 11823:2017 (tương đương AASHTO LRFD) và quy trình liên quan, thay thế các tiêu chuẩn cũ 22 TCN 272-05.

Giải pháp kỹ thuật và Phạm vi

  • Sơ đồ kết cấu: Nhịp giản đơn $L = 25.0\text{ m}$, chiều dài tính toán $L_{tt} = 24.4\text{ m}$. Bề rộng cầu $B = 12.0\text{ m}$ (mặt xe chạy $B_1 = 11.0\text{ m}$, 2 dải lan can $2 \times 0.5\text{ m}$).
  • Vật liệu: Bê tông dầm chủ $f'c = 50\text{ MPa}$ ($E_c = 38006.99\text{ MPa}$), bản mặt cầu và hạ bộ $f'c = 30\text{ MPa}$ ($E_c = 29440.09\text{ MPa}$), cáp DƯL ASTM A416M Grade 270 ($f{pu} = 1860\text{ MPa}$, $f{py} = 1674\text{ MPa}$).
  • Hoạt tải thiết kế: Hoạt tải tiêu chuẩn HL-93 (Xe tải thiết kế 3 trục 35kN + 145kN + 145kN, Xe hai trục Tandem $2 \times 110\text{ kN}$, Tải trọng làn rải đều $9.3\text{ kN/m}$, Tải trọng người đi bộ $PL = 3.0\text{ kN/m}^2$, Hệ số xung kích $IM = 33%$).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Phương án kết cấu Ưu điểm Nhược điểm Đánh giá độ phù hợp (Nhịp 25m)
Dầm I BTCT DƯL căng trước ($H=1.35\text{m}$) Trọng lượng cấu kiện nhẹ (~28.5T/dầm), dễ cẩu lắp, chất lượng đúc sẵn cao, kiểm soát nứt tuyệt hảo, chi phí ván khuôn thấp. Cần bãi đúc có bệ căng cố định chịu lực lớn; số lượng dầm chủ nhiều hơn (6 dầm/mặt cắt ngang). Tối ưu nhất (Được chọn)
Dầm Super-T DƯL căng sau ($H=1.2\text{m}-1.5\text{m}$) Tầm với nhịp lớn (30-40m), tính thẩm mỹ cao, số lượng phiến dầm ít (4 dầm cho khổ 12m). Chi phí ván khuôn và ống gen, vữa neo cao; thiết bị cẩu lắp tải trọng lớn (>65T), lãng phí vật liệu cho nhịp 25m. Không tối ưu kinh tế cho nhịp ngắn $\le 25\text{m}$
Dầm bản rỗng BTCT DƯL Chiều cao kiến trúc rất thấp ($H \approx 0.8-1.0\text{m}$), thi công nhanh. Lượng bê tông và cốt thép lớn, trọng lượng bản thân nặng, khó kiểm soát chất lượng cốt lõi tạo rỗng. Chi phí vật liệu cao hơn 22%

Yêu cầu kỹ thuật theo thang phân loại MoSCoW

  • Must have: Thỏa mãn kiểm toán TTGH Cường độ I ($M_u \le \phi M_n$, $V_u \le \phi V_n$), TTGH Sử dụng (khống chế ứng suất nén/kéo trong bê tông và cốt thép), hệ số an toàn chịu lực cọc $FS \ge 2.0$.
  • Should have: Tối ưu hóa số lượng bó cáp căng trước (phân bố thẳng kết hợp bọc ống giảm dính bám/uốn vút đầu dầm), giảm mất mát ứng suất dài hạn $< 20%$.
  • Could have: Tích hợp gờ chắn bánh đúc liền khối và thảm bê tông nhựa polyme $7\text{ cm}$ kết hợp lớp phòng nước $2\text{ cm}$.
  • Won't have: Không sử dụng hệ dầm liên tục hóa phức tạp đòi hỏi neo căng sau tại đỉnh trụ để rút ngắn tiến độ chế tạo.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc mặt cắt ngang và Bố trí dầm chủ

  • Mặt cắt ngang cầu gồm 6 dầm chủ chữ I đặt cách nhau $S_d = 2000\text{ mm}$. Chiều dài dầm $L = 25\text{ m}$, khoảng cách từ tim gối đến đầu dầm $a = 0.3\text{ m}$.
  • Kích thước tiết diện dầm I: Chiều cao dầm $H = 1350\text{ mm}$, bầu trên rộng $b_f = 600\text{ mm}$, cao $h_f = 280\text{ mm}$; sườn dầm dày $b_w = 200\text{ mm}$, cao $h_s = 635\text{ mm}$; bầu dưới rộng $b_1 = 650\text{ mm}$, cao $h_1 = 435\text{ mm}$. Đoạn đầu dầm mở rộng $b_w = 600\text{ mm}$ trên chiều dài $L_{mở rộng} = 1300\text{ mm}$ và đoạn vút chuyển tiếp $L_{vút} = 500\text{ mm}$.
  • Chiều dày bản mặt cầu liên hợp $t_s = 200\text{ mm}$, vát nách dầm $h_{haunch} = 0\text{ mm}$. Hệ dầm ngang gồm 6 dầm đặt cách nhau $S_n = 5000\text{ mm}$ với kích thước $b_n \times h_n = 200 \times 900\text{ mm}$.
MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ I-25M (GIỮA NHỊP):
          +-----------------------+  bf = 600 mm
          |       Bầu trên        |  hf = 280 mm
          +---+               +---+
              |   Sườn dầm    |      bw = 200 mm
              |  (hs=635 mm)  |      Tổng H = 1350 mm
          +---+               +---+
          |       Bầu dưới        |  h1 = 435 mm
          +-----------------------+  b1 = 650 mm
          [ 24 tao cáp Dps=15.2mm ]

Thông số vật liệu và Công nghệ chế tạo

  • Bê tông dầm I: Cấp độ bền B50, $f'c = 50\text{ MPa}$, $f'{ci} = 40\text{ MPa}$ lúc truyền lực. Hệ số đàn hồi $E_c = 38006.99\text{ MPa}$.
  • Bê tông bản mặt cầu, xà mũ, trụ: $f'_c = 30\text{ MPa}$, $E_c = 29440.09\text{ MPa}$.
  • Cáp DƯL: Tao 7 sợi xoắn khử ứng suất dư, đường kính danh định $d_{ps} = 15.2\text{ mm}$, diện tích một tao $A_{ps1} = 140\text{ mm}^2$. Giới hạn bền $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, giới hạn chảy $f_{py} = 1674\text{ MPa}$, ứng suất kích căng thiết kế $f_{pj} = 0.75 f_{pu} = 1395\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_{ps} = 197000\text{ MPa}$.
  • Cốt thép thường: Thép gờ CB400-V/CII ($f_y = 400\text{ MPa}$), thép đai CI ($f_y = 225-240\text{ MPa}$).

Methodology

Quy trình tính toán tuân thủ phương pháp thiết kế theo Hệ số Tải trọng và Sức kháng (LRFD - Load and Resistance Factor Design):

  1. Mô hình hóa hình học và phân tích tĩnh học: Xác định đường ảnh hưởng nội lực (Mô men $M$, Lực cắt $V$, Phản lực gối $R$).
  2. Xác định hệ số phân bố ngang (mg): Áp dụng công thức giải tích AASHTO LRFD (TCVN 11823-2017 Bảng 4.6.2.2.2) kết hợp quy tắc đòn bẩy cho dầm biên.
  3. Tổ hợp tải trọng: Cường độ I ($1.25DC + 1.50DW + 1.75(LL+IM)$), Cường độ II, Cường độ III, và Sử dụng ($1.0DC + 1.0DW + 1.0(LL+IM)$).
  4. Kiểm toán tiết diện dầm: Mất mát ứng suất $\rightarrow$ Ứng suất thớ biên $\rightarrow$ Sức kháng uốn $\rightarrow$ Sức kháng cắt theo lý thuyết trường nén cải biên (MCFT) $\rightarrow$ Độ vồng và độ võng.
  5. Thiết kế kết cấu hạ bộ & Móng cọc: Phân tích lực tác dụng tổng hợp (tĩnh tải, hoạt tải, lực hãm xe, lực gió $W_S, W_L$, áp lực dòng chảy, va tàu, động đất) và kiểm toán sức chịu tải cọc theo đất nền (SPT-Meyerhof/Schmertmann) và vật liệu.

Implementation và kết quả

Development process & Tính toán cơ bản

1. Hệ số phân bố tải trọng ngang (mg)

Tỷ lệ mô đun đàn hồi quy đổi $n = E_{cd}/E_{cb} = 38006.99 / 29440.09 = 1.291$. Tham số độ cứng dọc: $$K_g = n (I + A \cdot e_g^2) = 1.291 \times [0.1163 \times 10^{12} + 0.57775 \times 10^6 \times (826)^2] = 6.64 \times 10^{11}\text{ mm}^4$$

  • Dầm giữa (Phân bố mô men):
    • Trường hợp 1 làn xe chất tải ($m = 1.2$): $$g_{mg1} = 0.06 + \left(\frac{S}{4300}\right)^{0.4} \left(\frac{S}{L}\right)^{0.3} \left(\frac{K_g}{L t_s^3}\right)^{0.1} = 0.441$$
    • Trường hợp xếp 2 làn xe trở lên ($m = 1.0$): $$g_{mg2} = 0.075 + \left(\frac{S}{2900}\right)^{0.6} \left(\frac{S}{L}\right)^{0.2} \left(\frac{K_g}{L t_s^3}\right)^{0.1} = 0.623$$ $\rightarrow$ Chọn $g_{mg} = \max(g_{mg1}, g_{mg2}) = 0.623$.
  • Dầm giữa (Phân bố lực cắt): $$g_{vg2} = 0.2 + \frac{S}{3600} - \left(\frac{S}{10700}\right)^{2.0} = 0.2 + \frac{2000}{3600} - \left(\frac{2000}{10700}\right)^2 = 0.721$$
  • Dầm biên: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy: $g_{mg} = 0.591$, $g_{vg} = 0.552$.

2. Thuật toán kiểm toán sức kháng uốn và cắt

Quy trình thuật toán kiểm tra sức kháng mặt cắt liên hợp theo mã logic:

def check_flexural_and_shear_capacity(Mu, Vu, section_params, prestress_params):
    # 1. Kiểm tra sức kháng uốn danh định Mn
    # Xác định chiều cao vùng nén c và khối ứng suất a = beta1 * c
    Aps = prestress_params['Aps']       # 24 tao * 140 mm2 = 3360 mm2
    fpu = prestress_params['fpu']       # 1860 MPa
    dps = section_params['dps']         # 1440 mm
    b_eff = section_params['b_eff']     # 2000 mm (Bản nén hữu hiệu)
    fc_slab = section_params['fc_slab'] # 30 MPa
    beta1 = 0.8357
    k = 0.28  # Cáp tự chùng thấp
    
    # Giả thiết trục trung hòa nằm trong bản cánh (c <= hf = 200 mm)
    c = (Aps * fpu) / (0.85 * fc_slab * beta1 * b_eff + k * Aps * (fpu / dps))
    fps = fpu * (1 - k * (c / dps))
    a = beta1 * c
    
    Mn = Aps * fps * (dps - a / 2.0)
    phi_f = 1.0 # Hệ số sức kháng uốn kết cấu kéo khống chế
    Mr = phi_f * Mn
    flexure_pass = (Mr >= Mu)
    
    # 2. Kiểm tra sức kháng cắt Vn theo MCFT (Modified Compression Field Theory)
    # bv = 200 mm, dv = max(0.9*dps, 0.72*h) = 1330.8 mm
    # Vc = 0.083 * beta * sqrt(fc_web) * bv * dv
    # Vs = (Av * fy * dv * cot(theta)) / s
    # Vn = min(Vc + Vs + Vp, 0.25 * fc_web * bv * dv + Vp)
    # phi_v = 0.90
    return {
        "c_mm": c, "a_mm": a, "fps_MPa": fps,
        "Mr_kNm": Mr / 1e6, "Mu_kNm": Mu / 1e6,
        "flexure_pass": flexure_pass
    }

Testing và validation

1. Tính toán mất mát ứng suất dự ứng lực

Tổng số tao cáp bố trí là $N = 24$ tao $\phi 15.2\text{ mm}$ ($A_{ps} = 3360\text{ mm}^2$). Lực kéo ban đầu $P_j = 3360 \times 1395 = 4687.2\text{ kN}$. Mất mát ứng suất được xác định chi tiết theo các thành phần:

  • Co ngắn đàn hồi ($\Delta f_{pES}$): $\Delta f_{pES} = \frac{E_{ps}}{E_{ci}} f_{cgp} = 68.99\text{ MPa}$.
  • Co ngót bê tông ($\Delta f_{pSR}$): $\Delta f_{pSR} = (117 - 1.035 H) = (117 - 1.035 \times 85) = 68.03\text{ MPa}$ (Độ ẩm $H = 85%$).
  • Từ biến của bê tông ($\Delta f_{pCR}$): $\Delta f_{pCR} = 12.0 f_{cgp} - 7.0 \Delta f_{cdp} = 117.12\text{ MPa}$.
  • Tự chùng của cốt thép ($\Delta f_{pR}$): $\Delta f_{pR1} + \Delta f_{pR2} = 42.39\text{ MPa}$.

$\rightarrow$ Tổng mất mát ứng suất: $\Sigma \Delta f_p = 296.53\text{ MPa}$ (tương đương $21.25%$ so với ứng suất căng kích ban đầu $f_{pj}$). Ứng suất hữu hiệu còn lại $f_{pe} = 1098.47\text{ MPa}$.

2. Bảng tổng hợp kiểm toán ứng suất tại TTGH Sử dụng

Vị trí kiểm tra Ứng suất thực tế $\sigma_{calc}$ (MPa) Giới hạn cho phép $\sigma_{allow}$ (MPa) Trạng thái
Lúc truyền lực: Nén thớ đáy dầm ($L/2$) $-17.82$ $-0.60 f'_{ci} = -24.00$ ĐẠT (Dư $25.7%$)
Lúc truyền lực: Kéo thớ đỉnh dầm ($L/2$) $+1.18$ $+0.58 \sqrt{f'_{ci}} = +3.67$ ĐẠT (Không nứt)
Giai đoạn khai thác: Nén đỉnh bản mặt cầu $-7.50$ $-0.60 f'_c = -18.00$ ĐẠT (Dư $58.3%$)
Giai đoạn khai thác: Nén thớ đỉnh dầm chủ $-10.85$ $-0.45 f'_c = -22.50$ ĐẠT (Dư $51.8%$)
Giai đoạn khai thác: Kéo thớ đáy dầm chủ ($L/2$) $+0.84$ $+0.50 \sqrt{f'_c} = +3.53$ ĐẠT (An toàn nứt)

3. Kiểm toán võng và vồng

  • Độ vồng ban đầu do cáp DƯL: $\Delta_{cp} = +26.81\text{ mm}$ (hướng lên).
  • Độ võng do tĩnh tải dầm và tĩnh tải giai đoạn 2: $\Delta_{DL} = -14.62 - 5.63 = -20.25\text{ mm}$.
  • Độ vồng tích lũy khi khai thác: $\Delta_{residual} = +6.56\text{ mm} \rightarrow$ Đảm bảo độ vồng êm thuận mặt cầu.
  • Độ võng do hoạt tải xe HL-93 + xung kích: $\Delta_{LL+IM} = 14.40\text{ mm} \le \frac{L_{tt}}{800} = \frac{24400}{800} = 30.50\text{ mm}$ $\rightarrow$ ĐẠT tiêu chuẩn độ cứng.

Kết quả đạt được

Bảng tổng hợp kiểm toán sức kháng cấu kiện dầm và móng

Hạng mục kiểm toán Tổ hợp / TTGH Giá trị tính toán ($S_u$) Sức kháng thiết kế ($S_r = \phi S_n$) Tỷ số $S_u / S_r$ Kết luận
Uốn giữa nhịp ($L/2$) Cường độ I $M_u = 5919.10\text{ kNm}$ $M_r = 6441.59\text{ kNm}$ $0.919$ Thỏa mãn
Cắt tại gối ($x = 0$) Cường độ I $V_u = 1107.14\text{ kN}$ $V_r = 1227.59\text{ kN}$ $0.902$ Thỏa mãn
Momen xà mũ trụ Cường độ I $M_u = 6441.59\text{ kNm}$ $M_r = 8614.28\text{ kNm}$ $0.748$ Thỏa mãn
Cắt xà mũ trụ Cường độ I $V_u = 4271.62\text{ kN}$ $V_r = 4282.96\text{ kN}$ $0.997$ Thỏa mãn
Thân trụ nén uốn 2 trục Cường độ I $N_u = 14090.8\text{ kN}$ $P_r = 17650.1\text{ kN}$ $0.798$ Thỏa mãn
Sức chịu tải cọc đơn Cường độ I $P_{max} = 4984.55\text{ kN}$ $R_d = 6230.70\text{ kN}$ $0.800$ Thỏa mãn

Đổi mới và đóng góp

  1. Ứng dụng công nghệ căng trước tối ưu hóa tao cáp $\phi 15.2\text{ mm}$:
    • Sử dụng cáp 0.6 inch ($15.2\text{ mm}$) thay thế cáp truyền thống $12.7\text{ mm}$, giúp giảm số lượng đầu neo và rãnh bố trí từ 34 tao xuống còn 24 tao (giảm 29.4% số tao cáp), rút ngắn thời gian lắp đặt bệ căng 35%.
  2. Cải tiến mở rộng sườn dầm đầu gối tiêu tán ứng suất nứt cục bộ:
    • Thiết kế mở rộng sườn dầm từ $200\text{ mm}$ lên $600\text{ mm}$ kết hợp vút chuyển tiếp $500\text{ mm}$ loại bỏ hoàn toàn nguy cơ nứt chẻ đầu dầm do lực truyền neo tập trung $4687\text{ kN}$.
  3. Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật so với giải pháp truyền thống:
    • Giảm $18.5%$ khối lượng bê tông dầm so với mặt cắt dầm T thông thường cùng khẩu độ.
    • Giảm $14.2%$ tổng chi phí xây lắp phần trên so với phương án dầm dập khuôn Super-T (nhờ tiết kiệm chi phí ống gen, nêm neo căng sau và vữa bơm grout).

Ứng dụng thực tế và triển khai

Quy trình công nghệ thi công chế tạo và lắp dựng

  1. Giai đoạn 1 (Tại bãi đúc dầm): Lắp đặt cốt thép thường, luồn 24 tao cáp DƯL trên bệ căng dài. Kích căng cáp đến ứng suất $f_{pj} = 1395\text{ MPa}$. Đổ bê tông dầm chủ $f'_c = 50\text{ MPa}$, dưỡng hộ nhiệt ẩm.
  2. Giai đoạn 2 (Cắt cáp truyền lực): Khi cường độ bê tông đạt $f'_{ci} \ge 40\text{ MPa}$ ($80% f'_c$), cắt cáp đối xứng theo quy trình quy định để truyền lực DƯL vào dầm.
  3. Giai đoạn 3 (Lắp dựng dầm): Vận chuyển phiến dầm 25m ra hiện trường bằng xe vận chuyển chuyên dụng; lắp đặt vào vị trí gối cao su cốt bản thép bằng hệ thống 2 cần cẩu 50T.
  4. Giai đoạn 4 (Đổ bê tông liên hợp): Lắp dựng ván khuôn, cốt thép bản mặt cầu ($t_s = 20\text{ cm}$) và dầm ngang, đổ bê tông $f'_c = 30\text{ MPa}$ theo trình tự phân đoạn chống nứt.
  5. Giai đoạn 5 (Hoàn thiện): Thi công gờ lan can, thảm lớp chống thấm $2\text{ cm}$, thảm bê tông nhựa $7\text{ cm}$ và lắp đặt khe co giãn cao su bản thép.
SƠ ĐỒ TRÌNH TỰ THI CÔNG DẦM CĂNG TRƯỚC:
[Căng cáp bệ đúc] -> [Đổ BT B50] -> [Cắt cáp truyền lực (GĐ 1)] 
       -> [Cẩu lắp lên mố trụ] -> [Đổ Bản mặt cầu (GĐ 2)] -> [Thảm mặt cầu & Khai thác]

Phân tích hiệu quả kinh tế & Suất đầu tư

  • Tổng dự toán chi phí xây lắp trực tiếp cho 1 nhịp 25m (gồm 6 dầm I + bản mặt cầu + gối cầu): Tiết kiệm khoảng 180 triệu VNĐ/nhịp so với dầm BTCT thường và giảm thời gian thi công ngoài công trường xuống còn 15 ngày/nhịp.

Hạn chế và hướng phát triển

  • Hạn chế kỹ thuật: Nhịp giản đơn dầm I căng trước có chiều dài tối đa giới hạn trong khoảng $30\text{ m}$; tồn tại khe co giãn tại mỗi trụ mố dẫn đến yêu cầu bảo trì thường xuyên để tránh thấm dột phá hủy gối cầu và đầu dầm.
  • Hướng nâng cấp: Nghiên cứu chuyển tiếp sang giải pháp liên tục hóa dầm giản đơn (Continuous for live load) bằng cách đặt cốt thép âm trong bản mặt cầu tại vị trí đỉnh trụ để triệt tiêu khe co giãn, tạo độ êm thuận vượt trội cho phương tiện lưu thông tốc độ cao.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Cầu Đường: Nắm vững tài liệu mẫu tính toán hoàn chỉnh từ kết cấu nhịp đến mố trụ móng sâu theo chuẩn TCVN 11823:2017.
  • Kỹ sư thiết kế công trình: Sở hữu bộ số liệu tham chiếu chuẩn xác (đặc trưng hình học liên hợp, hệ số phân bố ngang, mất mát ứng suất chi tiết) để áp dụng nhanh vào các dự án giao thông nông thôn và đô thị.
  • Nhà thầu xây dựng: Tối ưu hóa chu trình quay vòng bệ đúc căng trước và lập biện pháp thi công cẩu lắp nhịp an toàn, tiết kiệm chi phí ca máy.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án chọn dầm căng trước thay vì căng sau cho khẩu độ nhịp 25m?

Trả lời: Với khẩu độ $25\text{ m}$, dầm căng trước có hiệu quả kinh tế cao nhất do không tốn chi phí đầu neo công tác, ống gen dẫn hướng và công tác bơm vữa không co ngót. Bê tông đúc trong nhà xưởng/bãi đúc tập trung kiểm soát chặt chẽ chất lượng co ngót và từ biến.

2. Sự khác biệt chính giữa tiêu chuẩn TCVN 11823:2017 và 22 TCN 272-05 trong đồ án là gì?

Trả lời: TCVN 11823:2017 cập nhật chuẩn xác hệ số sức kháng uốn $\phi = 1.0$ (kết cấu kéo khống chế), phương pháp trường nén cải biên (MCFT) trong tính toán sức kháng cắt và quy định kiểm toán độ võng/độ nứt nghiêm ngặt hơn theo triết lý thiết kế LRFD hiện đại.

3. Phương pháp nào được dùng để kiểm soát hiện tượng tập trung ứng suất nứt vỡ ở đầu dầm?

Trả lời: Đồ án đã áp dụng đồng bộ 3 giải pháp: (1) Mở rộng sườn dầm từ $200\text{ mm}$ thành $600\text{ mm}$; (2) Bố trí hệ cốt thép đai chống nứt đầu dầm $\phi 12-\phi 16$ mật độ dày ($s = 50-100\text{ mm}$); (3) Bọc ống cách ly (debonding) cho một số tao cáp sát mép ngoài tại vùng đầu dầm.

4. Chiều sâu chôn cọc 57m được quyết định dựa trên cơ sở kỹ thuật nào?

Trả lời: Dựa trên cột địa chất lỗ khoan BH5, lớp 1-4 là đất sét dẻo mềm và cát pha rời có chỉ số SPT thấp ($N < 15$). Cọc phải hạ sâu $57\text{ m}$ để cắm mũi cọc vào lớp địa chất số 5 (cát pha sét hạt thô kết cấu chặt vừa, chỉ số SPT $N = 45$) nhằm đạt sức chịu tải tính toán $R_d = 6230.7\text{ kN}$.

5. Khả năng chịu tác động của tải trọng động (động đất, gió, va tàu) lên trụ cầu được xử lý ra sao?

Trả lời: Trụ được thiết kế thân đặc bằng bê tông B30 kích thước $1.6\text{m} \times 4.9\text{m}$, kiểm toán chịu tải trọng động đất Vùng 1 ($AQ = 0.09g$), áp lực gió $W_S = 1.5\text{ kN/m}$, lực va tàu nằm ngang $P_s = 2989\text{ kN}$ và lực hãm xe dọc cầu $207.19\text{ kN}$, đảm bảo hệ số ổn định lật và trượt $> 1.5$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cầu dầm I nhịp giản đơn 25m" của tác giả Phạm Đăng Quang dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Duy Liêm là một công trình nghiên cứu ứng dụng mẫu mực, chuẩn xác về mặt lý thuyết và mang tính thực tiễn cao trong ngành Xây dựng Cầu đường Việt Nam. Dự án đã chứng minh sự tối ưu vượt trội của giải pháp dầm I bê tông DƯL căng trước liên hợp bản bê tông cốt thép trên nền móng cọc khoan nhồi sâu, đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu chịu lực nghiêm ngặt theo TCVN 11823:2017. Kết quả tính toán chi tiết trong đồ án cung cấp nguồn tài liệu tham khảo giá trị cho công tác đào tạo học thuật và ứng dụng trực tiếp vào quy trình lập hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công các dự án giao thông thực tế.