Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Công trình cầu bắc qua sông Vàm Cỏ nối liền hai địa phương Long An và Tiền Giang, giữ vai trò huyết mạch kết nối mạng lưới giao thông đường bộ và đường thủy giữa vùng Đông Nam Bộ và vùng Đồng bằng Sông Cửu Long. Khu vực dự án có tiềm năng phát triển kinh tế lớn nhưng gặp trở ngại do điều kiện giao thông qua sông còn hạn chế. Tuyến đường đi qua vùng đồng bằng có địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc tự nhiên nhỏ.

Tại vị trí vượt sông Vàm Cỏ, lòng sông rộng khoảng 210 m và thuộc cấp thông thuyền cấp II. Đặc điểm địa chất khu vực tồn tại các tầng đất sét yếu dày, chịu lực kém; dòng sông có lưu lượng tàu thuyền qua lại lớn và các cơ sở công nghiệp lân cận hoạt động liên tục. Việc áp dụng các giải pháp thi công dùng hệ đà giáo cố định dưới lòng sông đối mặt với nguy cơ cản trở lưu thông thủy, chi phí gia cố móng đà giáo trên nền đất yếu rất lớn và tiến độ kéo dài. Do đó, tác giả lựa chọn công nghệ đúc hẫng cân bằng nhằm vượt khẩu độ nhịp lớn, tận dụng luân chuyển ván khuôn xe đúc và giải quyết xung đột không gian thi công dưới nước.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định theo các nội dung kỹ thuật sau:

  1. Xác định quy mô công trình và áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành đối với tuyến đường và cầu vĩnh cửu.
  2. Phân tích các điều kiện tự nhiên gồm khảo sát địa hình, địa mạo, khí tượng thủy văn sông Vàm Cỏ và đặc trưng cơ lý của 10 lớp địa chất.
  3. So sánh kỹ thuật - kinh tế giữa phương án nhịp giản đơn dầm Super T và phương án dầm liên tục đúc hẫng cân bằng để lựa chọn phương án tối ưu.
  4. Lựa chọn kích thước hình học, xác lập phương trình đường cong parabol đáy dầm và phân chia các đốt đúc hẫng kết cấu nhịp chính.
  5. Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn 3D trên phần mềm MIDAS Civil 2022, mô phỏng đầy đủ 18 bước thi công phân đoạn và khai báo đặc tính vật liệu.
  6. Xác định nội lực và kiểm toán ứng suất của dầm chủ trong toàn bộ các giai đoạn thi công hẫng theo trạng thái giới hạn sử dụng.
  7. Xác định đường ảnh hưởng, phân tích tải trọng tĩnh tải, hoạt tải xe HL93, tải trọng làn, tải trọng nhiệt độ và kiểm toán dầm chủ trong giai đoạn khai thác theo trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng.
  8. Tính toán, bố trí cốt thép và kiểm toán bản mặt cầu cùng thân trụ cầu chính.

Đối tượng nghiên cứu là kết cấu nhịp dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DUL) thi công bằng công nghệ đúc hẫng cân bằng và hệ trụ chính đỡ kết cấu nhịp. Phạm vi nghiên cứu về không gian giới hạn tại vị trí vượt sông Vàm Cỏ với sơ đồ nhịp chính $60\text{ m} + 90\text{ m} + 60\text{ m}$. Do khối lượng tính toán thiết kế của đồ án lớn, phần kết cấu mố cầu và hệ móng cọc được chiết giảm trong thuyết minh kỹ thuật.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn và lý thuyết tính toán được áp dụng trong đồ án gồm:

  • Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô: TCVN 4054-2005.
  • Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ: TCVN 11823-2017 (các phần 3, 4, 5).
  • Tiêu chuẩn thiết kế cầu của Hoa Kỳ: AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (ấn bản lần thứ 6).
  • Mô hình tính toán từ biến, co ngót và sự phát triển cường độ nén của bê tông: Tiêu chuẩn quốc tế CEB-FIP 2010.
  • Nguyên lý phân tích đàn hồi tuyến tính và phân tích tiến trình thi công phân đoạn (Construction Stage Analysis).

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật thực hiện:

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Mô hình hóa kết cấu cầu trên phần mềm chuyên dụng MIDAS Civil 2022. Các bộ phận dầm hộp và thân trụ được mô phỏng bằng phần tử thanh (Beam element); liên kết gối và ngàm được định nghĩa qua các nhóm điều kiện biên (Boundary Groups).
  • Công cụ tính toán đặc trưng hình học tiết diện Section Property Calculator (SPC): Sử dụng để mô hình hóa hình học phức tạp của mặt cắt dầm hộp vách xiên có chiều cao thay đổi liên tục.
  • Phương pháp đường ảnh hưởng: Sử dụng để xếp tải các xe tải tiêu chuẩn (HL93K, HL93M, HL93S) và tải trọng làn, nhằm xác định biểu đồ bao mô men và lực cắt bất lợi nhất.

Nguồn dữ liệu đầu vào:

  • Số liệu khảo sát địa chất công trình từ hố khoan sâu 38.0 m tại hiện trường gồm các chỉ tiêu cơ lý của 10 lớp đất đá.
  • Số liệu thủy văn lưu vực sông Vàm Cỏ: Mực nước cao nhất (MNCN = +8.12 m), mực nước thông thuyền (MNTT = +7.12 m), mực nước thấp nhất (MNTN = +3.00 m).
  • Thông số khí hậu tỉnh Long An về nền nhiệt độ, độ ẩm và biên độ biến thiên nhiệt độ không khí.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật

Chương này xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nền tảng phục vụ công tác thiết kế công trình:

  • Tiêu chuẩn thiết kế áp dụng: TCVN 4054-2005 và TCVN 11823-2017.
  • Quy mô xây dựng: Công trình cầu vĩnh cửu với tuổi thọ thiết kế trên 100 năm.
  • Cấp đường thiết kế: Đường cấp III với vận tốc thiết kế $V = 60\text{ km/h}$.
  • Khẩu độ thông thuyền: Cấp thông thuyền cấp II, tĩnh không thông thuyền có bề rộng $B = 60\text{ m}$ và chiều cao thông thuyền $H = 7\text{ m}$ tính từ mực nước thông thuyền (MNTT).
  • Tần suất lũ thiết kế: $P = 1%$ (H4%).
  • Tải trọng thiết kế: Hoạt tải xe HL93 (gồm xe 3 trục HL93K, xe 2 trục HL93M, tổ hợp đoàn xe HL93S cách nhau 15 m lấy $90%$ tải trọng và tải trọng làn); tải trọng người đi bộ $3\text{ kN/m}^2$.
  • Hệ số tải trọng: Tĩnh tải kết cấu $\gamma_{DC} = 1.25$, tĩnh tải lớp phủ $\gamma_{DW} = 1.5$, hoạt tải xe $\gamma_{LL} = 1.75$, hệ số xung kích xe chạy $1 + IM = 1.33$.
  • Giới hạn nhiệm vụ: Thiết kế $100%$ kết cấu nhịp chính (dầm chủ, hệ thống cáp DUL) và trụ cầu chính; chiết giảm tính toán mố và bệ móng cọc.

Chương II: Đặc điểm tự nhiên khu vực xây dựng

Chương II tổng hợp số liệu khảo sát hiện trường về điều kiện tự nhiên phục vụ tính toán:

  • Địa hình, địa mạo: Khu vực xây dựng cầu tương đối bằng phẳng, độ chênh cao địa hình không lớn.
  • Địa chất công trình: Khảo sát địa chất từ mặt đất tự nhiên đến độ sâu 38.0 m ghi nhận 10 lớp địa tầng:
Lớp Tên đất đá phân loại Chiều dày (m) Trạng thái vật lý Áp lực tính toán $R_0$ (kPa)
TS Sét gầy, sét béo (CL-CH) 0.30 Dẻo cứng đến nửa cứng 280
1a Cát lẫn bụi (SM) 2.50 Kết cấu rời rạc 265
1 Sét gầy lẫn cát, sét béo (CL-CLs-CH) 11.65 Trạng thái chảy dẻo 69
1b Cát lẫn bụi (SM) 2.00 Kết cấu chặt vừa 308
1c Sét gầy, sét béo (CL-CH) 2.06 Dẻo mềm đến dẻo cứng 125
2 Sét gầy, sét gầy lẫn cát (CL-CLs) 5.94 Dẻo cứng đến nửa cứng 256
2a Cát bụi, cát sét lẫn sạn (SC-SM)-(SM)g 1.55 Kết cấu chặt vừa 342
3a Sét gầy (CL) 1.30 Trạng thái rất cứng 640
3 Cát bột kết phong hóa hoàn toàn >3.74 Nứt nẻ mạnh, đá nửa cứng Chưa xác định
4 Cát bột kết phong hóa mạnh đến TB >3.00 Cường độ ít bền Chưa xác định
  • Điều kiện khí tượng: Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm; nhiệt độ trung bình năm $28\text{ - }31^\circ\text{C}$, chênh lệch giữa tháng nóng nhất và lạnh nhất khoảng $2\text{ - }3^\circ\text{C}$; độ ẩm trung bình năm đạt $80%$ (thời kỳ ẩm ướt $85%$, thời kỳ khô nhất $65%$).
  • Thủy văn: Mực nước cao nhất MNCN = +8.12 m; mực nước thông thuyền MNTT = +7.12 m; mực nước thấp nhất MNTN = +3.00 m.

Chương III: Phương án thiết kế

Tác giả đề xuất và đánh giá so sánh hai phương án kết cấu cầu vượt sông:

  • Phương án 1: Cầu dầm giản đơn gồm 4 nhịp Super T kết hợp nhịp dẫn dầm bản rỗng, sơ đồ nhịp $22\text{ m} + 4 \times 42\text{ m} + 22\text{ m} = 212\text{ m}$, bề rộng cầu 17.5 m, kinh phí xây lắp sơ bộ ước tính khoảng 150 tỷ đồng.
  • Phương án 2: Cầu dầm hộp liên tục BTCT DUL thi công đúc hẫng cân bằng, sơ đồ nhịp $60\text{ m} + 90\text{ m} + 60\text{ m} = 210\text{ m}$, bề rộng cầu 16 m, kinh phí xây lắp sơ bộ ước tính khoảng 240 tỷ đồng.

Mặc dù chi phí xây dựng phương án 1 thấp hơn khoảng một phần ba so với phương án 2, điều kiện thi công trên sông Vàm Cỏ có lòng sông rộng, nền đất yếu (lớp 1 dày 11.65 m có sức chịu tải rất thấp $R_0 = 69\text{ kPa}$) sẽ phát sinh chi phí xử lý móng đà giáo rất lớn và cản trở luồng giao thông thủy cấp II. Do đó, phương án 2 được lựa chọn làm giải pháp kỹ thuật chính thức. Mặt cắt ngang cầu rộng 16 m được phân chia gồm 2 làn xe ô tô ($2 \times 4.0\text{ m}$), 2 làn xe thô sơ ($2 \times 3.5\text{ m}$), 2 gờ lan can biên ($2 \times 0.5\text{ m}$); độ dốc ngang mặt cầu $i_n = 2%$.

Chương IV: Thiết kế kết cấu nhịp

Chương IV xác định kích thước hình học chi tiết của kết cấu nhịp dầm hộp:

  • Sơ đồ nhịp dầm: Chiều dài nhịp chính $L_g = 90\text{ m}$, chiều dài nhịp biên $L_b = 60\text{ m}$ thỏa mãn điều kiện $L_b \approx 0.67 L_g$.
  • Mặt cắt dầm: Do khổ cầu lớn hơn 10.5 m, kết cấu nhịp sử dụng dầm hộp đơn vách xiên. Chiều cao dầm hộp tại mặt cắt đỉnh trụ đạt $H = 5000\text{ mm}$ (tỷ lệ $H/L_g = 1/18$), chiều cao dầm tại giữa nhịp và đốt hợp long đạt $H = 2500\text{ mm}$ (tỷ lệ $H/L_g = 1/36$).
  • Phương trình đáy dầm: Đường cong đáy dầm tuân theo quy luật parabol bậc hai $y = ax^2 + bx + c$, xác định qua 3 điểm khống chế tính từ mép trụ. Chiều cao dầm $h_i = 5000 - y_{li}$ thay đổi từ 5000 mm xuống 2500 mm theo khoảng cách dồn từ mép trụ:
Khoảng cách dồn từ mép trụ (mm) 0 4500 7000 9500 12500 15500 18500 21500 25000 30000 37000 44000
Tọa độ đáy dầm $y_{li}$ (mm) 0 296 572 828 985 1067 1288 1495 1686 2031 2328 2500
Chiều cao dầm $h_i$ (mm) 5000 4704 4428 4172 4015 3933 3712 3505 3314 2969 2672 2500
  • Phân chia đốt dầm: Đốt K0 trên đỉnh trụ dài 10 - 12 m. Các khối đốt đúc hẫng từ K1 đến K13 được chia thành 3 nhóm có chiều dài phân đoạn lần lượt là 3 m, 4 m và 5 m; trọng lượng mỗi đốt đúc không vượt quá 60 tấn.

Chương V: Mô hình hóa kết cấu

Nội dung chương V mô tả quy trình xây dựng mô hình số trên MIDAS Civil 2022:

  • Vật liệu kết cấu:
    • Bê tông dầm chủ: Cường độ chịu nén $f'_c = 50\text{ MPa}$, khai báo đặc tính từ biến và co ngót theo CEB-FIP 2010.
    • Bê tông thân trụ: Cường độ $f'_c = 30\text{ MPa}$.
    • Cáp DUL: Loại bó cáp 7 sợi cường độ cao của hãng HVM đường kính danh định 12.7 mm, diện tích tính toán $A_s = 140\text{ mm}^2$, mô đun đàn hồi $E = 197000\text{ MPa}$, cường độ kéo đứt $f_u = 1860\text{ MPa}$, giới hạn chảy $f_y = 1674\text{ MPa}$. Lực căng cáp khống chế đạt $0.74 f_u$.
    • Thép thường: Giới hạn chảy $f_y = 400\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E = 200000\text{ MPa}$.
  • Phân nhóm cáp DUL dầm chủ:
    • Nhóm 1: Bố trí ở bản nắp dầm gồm 30 bó cáp (15 cặp) loại 31T12.7 ($A_s = 2660\text{ mm}^2$) chịu mô men âm đỉnh trụ.
    • Nhóm 2: Bố trí ở bản đáy nhịp biên gồm 8 bó cáp (4 cặp) loại 22T12.7 ($A_s = 1680\text{ mm}^2$) chịu mô men dương.
    • Nhóm 3: Bố trí ở bản đáy giữa nhịp gồm 10 bó cáp loại 22T12.7 ($A_s = 2312\text{ mm}^2$) chịu mô men dương.
  • Tải trọng giai đoạn thi công:
    • Xe đúc: Chọn loại xe đúc 130 tấn, độ lệch tâm trọng tâm $e = 2\text{ m}$, lực tập trung thẳng đứng $F_z = -800\text{ kN}$, mô men lệch tâm $M = 1600\text{ kNm}$.
    • Tải trọng thi công rải đều trên mặt cầu: $0.84\text{ kN/m}$.
    • Tải trọng bê tông ướt của từng khối đúc.
  • Trình tự thi công mô phỏng gồm 18 bước: Đúc khối K0 đỉnh trụ, đúc hẫng đối xứng các khối từ K1 đến K13 theo chu kỳ 7 ngày/đốt (ngày 1 căng cáp và chuyển xe đúc; ngày 2 - 3 lắp cốt thép, ống gen, ván khuôn; ngày 4 đổ bê tông; ngày 5 - 7 bảo dưỡng), đổ bê tông hợp long biên trên đà giáo treo, hạ gối đỉnh trụ, đổ bê tông hợp long giữa nhịp, căng cáp liên tục và dỡ bỏ toàn bộ tải trọng thi công.

Chương VI: Kiểm toán dầm giai đoạn thi công

Chương VI tiến hành đánh giá an toàn chịu lực của dầm chủ qua từng bước thi công:

  • Tiêu chuẩn kiểm toán: Áp dụng điều 14.2 Phần 5 TCVN 11823-2017 cho kết cấu thi công phân đoạn tại trạng thái giới hạn sử dụng.
  • Giới hạn ứng suất cho phép:
    • Ứng suất kéo cho phép của bê tông: $0.535\text{ MPa}$.
    • Ứng suất nén cho phép của bê tông dầm ($f'_c = 50\text{ MPa}$): $0.5 \times 50 = 22.5\text{ MPa}$ (tương đương $22500\text{ kPa}$).
  • Kết quả kiểm toán: Xuất biểu đồ ứng suất thớ trên và thớ dưới của kết cấu nhịp qua 18 bước thi công. Trong suốt quá trình đúc hẫng từ đốt K1 đến K13, hợp long nhịp biên, hạ gối đỉnh trụ và hợp long giữa, giá trị ứng suất kéo và nén tại mọi thớ đều nằm trong phạm vi giới hạn quy định, kết cấu đảm bảo ổn định và an toàn chịu lực thi công.

Chương VII: Kiểm toán dầm chủ giai đoạn khai thác

Chương VII kiểm toán khả năng chịu lực của dầm cầu khi đưa vào vận hành:

  • Tĩnh tải giai đoạn 2: Tải trọng dải đều của hệ thống lan can $q_{lc} + q_{clc} = 0.875\text{ kN/m}$; lớp phủ mặt cầu gồm lớp bê tông nhựa asphalt dày 0.06 m và lớp phòng nước dày 0.09 m, tổng tải trọng lớp phủ phân bố $DW = 1.5\text{ kN/m}$.
  • Hoạt tải xe và đường ảnh hưởng: Tính toán nội lực do xe 3 trục HL93K, xe 2 trục HL93M, đoàn xe 2 trục cách nhau 15 m HL93S và tải trọng làn. Xuất các đường ảnh hưởng mô men và lực cắt tại mặt cắt gối, đỉnh trụ và giữa nhịp để xác định giá trị nội lực lớn nhất.
  • Tải trọng nhiệt độ:
    • Nhiệt độ phân bố đều: Nhiệt độ thi công giả thiết $T_{tc} = 23^\circ\text{C}$, nhiệt độ lớn nhất $T_{max} = 41.2^\circ\text{C}$ (chênh nhiệt dương $+18.2^\circ\text{C}$), nhiệt độ nhỏ nhất $T_{min} = 11.4^\circ\text{C}$ (chênh nhiệt âm $-11.1^\circ\text{C}$).
    • Gradient nhiệt độ theo chiều đứng: Gradient dương ($T_1 = +23^\circ\text{C}, T_2 = +6^\circ\text{C}, T_3 = +3^\circ\text{C}$); gradient âm ($T_1 = -7^\circ\text{C}, T_2 = -1^\circ\text{C}, T_3 = 0^\circ\text{C}$).
  • Tổ hợp nội lực: Thiết lập các tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn cường độ (TTGH Cường độ 1) và trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH Sử dụng 1). Kết quả kiểm toán chứng minh dầm chủ thỏa mãn đầy đủ sức kháng uốn, sức kháng cắt và khống chế ứng suất nứt theo TCVN 11823-2017.

Chương VIII: Thiết kế bản mặt cầu

  • Phương pháp tính toán: Bản mặt cầu dầm hộp được tách và tính toán theo sơ đồ dải bản liên tục tựa trên các thành vách hộp.
  • Xác định tải trọng: Bao gồm tĩnh tải bản thân, tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và tải trọng bánh xe cục bộ tác dụng tại vị trí bất lợi nhất.
  • Tính toán và kiểm toán cốt thép: Xác định diện tích cốt thép chịu mô men uốn dương ở giữa nhịp bản và mô men uốn âm tại vị trí ngàm vách hộp; kiểm toán sức kháng uốn và kiểm tra bề rộng vết nứt của bản bê tông theo TCVN 11823-2017.

Chương IX: Thiết kế trụ cầu

  • Kích thước hình học: Xác định kích thước mặt cắt thân trụ và xà mũ trụ bê tông cốt thép ($f'_c = 30\text{ MPa}$) phù hợp với sơ đồ kê gối dầm hộp và điều kiện thông thuyền.
  • Xác định tải trọng tác dụng: Tổng hợp phản lực gối từ kết cấu nhịp truyền xuống đỉnh trụ, trọng lượng bản thân trụ, lực cản dòng chảy tương ứng với mực nước lũ tần suất $P = 1%$, tải trọng gió và tải trọng động đất tác dụng lên thân trụ.
  • Tổ hợp và kiểm toán: Thiết lập các tổ hợp tải trọng tác dụng lên thân trụ, tính toán kiểm toán khả năng chịu nén uốn đồng thời và độ ổn định tổng thể của trụ cầu.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành các kết quả tính toán kỹ thuật cụ thể sau:

  • Xác lập giải pháp kết cấu nhịp dầm hộp liên tục BTCT DUL $60\text{ m} + 90\text{ m} + 60\text{ m}$ phù hợp với khổ thông thuyền cấp II ($60 \times 7\text{ m}$) và điều kiện địa chất sông Vàm Cỏ.
  • Xác định chi tiết hình học đáy dầm dạng parabol bậc hai với chiều cao thay đổi từ 5.0 m (tại đỉnh trụ) về 2.5 m (tại giữa nhịp), tối ưu hóa trọng lượng bản thân kết cấu nhịp.
  • Thiết lập quy trình phân nhóm và tính toán 48 bó cáp dự ứng lực trong dầm chủ (30 bó bản nắp, 8 bó bản đáy nhịp biên, 10 bó bản đáy nhịp giữa).
  • Hoàn thiện mô hình phần tử hữu hạn 3D trên MIDAS Civil 2022 phân tích 18 giai đoạn thi công; kiểm toán ứng suất thi công đạt giới hạn cho phép (ứng suất kéo $\le 0.535\text{ MPa}$, ứng suất nén $\le 22.5\text{ MPa}$).
  • Về mặt giải pháp công nghệ, tác giả đã chứng minh tính hợp lý của công nghệ đúc hẫng cân bằng đối với các công trình vượt sông rộng có nền đất yếu, giúp loại bỏ hoàn toàn hệ đà giáo dưới nước, giảm thiểu rủi ro cản trở giao thông thủy và đáp ứng yêu cầu tiến độ thi công.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Do khối lượng thuyết minh và bản vẽ kỹ thuật lớn, đồ án chỉ tập trung giải quyết kết cấu nhịp chính và thân trụ chính; các bộ phận mố cầu, hệ móng cọc khoan nhồi và đường hai đầu cầu được chiết giảm tính toán trong hồ sơ.
  • Phân tích tương tác giữa kết cấu móng và đất nền chưa xét đến mô hình nền phi tuyến đối với 10 lớp địa chất khảo sát.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng tính toán thiết kế chi tiết hệ móng cọc khoan nhồi chịu lực trên nền đá cát bột kết (lớp 3 và lớp 4) và kết cấu mố cầu.
  • Bổ sung phân tích tác động va xô của tàu thuyền vào trụ cầu chính trên tuyến luồng thông thuyền cấp II sông Vàm Cỏ.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Cầu - Đường sắt, Kỹ thuật Công trình Giao thông và kỹ sư thiết kế kết cấu nhịp lớn.

Những nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

  • Phương pháp thiết lập mô hình thi công phân đoạn từng bước trên phần mềm MIDAS Civil kết hợp các điều kiện kích hoạt/hủy kích hoạt phần tử và tải trọng xe đúc.
  • Bảng biểu tính toán đặc trưng hình học dầm hộp biến thiên bằng công cụ SPC.
  • Quy trình tích hợp hiệu ứng co ngót, từ biến theo CEB-FIP 2010 và tổ hợp tải trọng nhiệt độ (nhiệt đều và gradient nhiệt) theo TCVN 11823-2017.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn phương án cầu đúc hẫng 240 tỷ đồng thay vì phương án dầm Super T 150 tỷ đồng?
Dù chi phí sơ bộ của cầu dầm Super T thấp hơn khoảng một phần ba, điều kiện thi công tại vị trí vượt sông Vàm Cỏ có lòng sông rộng 210 m, luồng tàu thuyền cấp II hoạt động liên tục và địa chất tồn tại tầng bùn sét yếu dày 11.65 m ($R_0 = 69\text{ kPa}$). Thi công nhịp giản đơn bằng hệ đà giáo cố định sẽ gây cản trở giao thông thủy, tiềm ẩn rủi ro lún lệch móng tạm và tốn kém kinh phí xử lý nền. Phương án đúc hẫng cân bằng nhịp liên tục $60\text{ m} + 90\text{ m} + 60\text{ m}$ loại bỏ hệ đà giáo lòng sông, giải quyết triệt để vấn đề thông thuyền và tạo kiến trúc thanh thoát.

2. Chiều cao dầm hộp biến thiên như thế nào và xác định theo phương trình nào?
Chiều cao dầm hộp biến thiên liên tục theo đường cong parabol bậc hai $y = ax^2 + bx + c$. Tại mặt cắt đỉnh trụ, chiều cao dầm đạt cực đại $H = 5000\text{ mm}$ ($H/L_g = 1/18$), sau đó giảm dần qua các đốt đúc Ki (4704, 4428, 4172, 4015, 3933, 3712, 3505, 3314, 2969, 2672 mm) và đạt $H = 2500\text{ mm}$ ($H/L_g = 1/36$) tại giữa nhịp và các khối hợp long.

3. Tải trọng xe đúc và các bước thi công đúc hẫng được mô phỏng với thông số kỹ thuật nào?
Đồ án lựa chọn loại xe đúc hẫng có sức nâng 130 tấn. Tải trọng tác dụng quy đổi của một xe đúc gồm lực thẳng đứng $F_z = -800\text{ kN}$ đặt lệch tâm $e = 2\text{ m}$ so với điểm tựa, gây mô men lệch tâm $M = 1600\text{ kNm}$. Chu kỳ thi công mỗi đốt hẫng kéo dài 7 ngày và quá trình thi công toàn cầu được chia thành 18 bước mô phỏng trên phần mềm.

4. Hệ thống cáp dự ứng lực trong dầm chủ được phân chia cấu tạo ra sao?
Cáp DUL sử dụng loại bó xoắn 7 sợi HVM đường kính 12.7 mm ($f_u = 1860\text{ MPa}$), chia thành 3 nhóm chức năng: Nhóm 1 chịu mô men âm đỉnh trụ gồm 30 bó 31T12.7 đặt ở bản nắp dầm; Nhóm 2 chịu mô men dương nhịp biên gồm 8 bó 22T12.7 đặt ở bản đáy; Nhóm 3 chịu mô men dương giữa nhịp gồm 10 bó 22T12.7 đặt ở bản đáy.

5. Tải trọng nhiệt độ và gradient nhiệt tác dụng lên dầm cầu được tính toán với giá trị nào?
Nhiệt độ phân bố đều được tính với nhiệt độ thi công $T_{tc} = 23^\circ\text{C}$, chênh lệch nhiệt độ dương lớn nhất $+18.2^\circ\text{C}$ (ứng với $T_{max} = 41.2^\circ\text{C}$) và chênh lệch nhiệt độ âm $-11.1^\circ\text{C}$ (ứng với $T_{min} = 11.4^\circ\text{C}$). Gradient nhiệt độ thẳng đứng gồm gradient dương ($T_1 = +23^\circ\text{C}, T_2 = +6^\circ\text{C}, T_3 = +3^\circ\text{C}$) và gradient âm ($T_1 = -7^\circ\text{C}, T_2 = -1^\circ\text{C}, T_3 = 0^\circ\text{C}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thành Đô đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật công trình cầu vĩnh cửu bằng bê tông cốt thép dự ứng lực vượt sông Vàm Cỏ với sơ đồ nhịp liên tục $60\text{ m} + 90\text{ m} + 60\text{ m}$. Kết quả phân tích số trên MIDAS Civil 2022 qua 18 bước thi công hẫng và các giai đoạn khai thác khẳng định kết cấu đáp ứng đầy đủ các tiêu chí an toàn chịu lực, độ võng và giới hạn ứng suất theo TCVN 11823-2017. Công trình là phương án kỹ thuật hợp lý, giải quyết hài hòa bài toán vượt nhịp lớn trên nền địa chất yếu và bảo đảm an toàn thông thuyền cho khu vực Long An - Tiền Giang.