Ứng Dụng Bê Tông Tính Năng Cao Cho Các Kết Cấu Nhịp Cầu Đô Thị Tại Việt Nam

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng bê tông tính năng cao trong xây dựng kết cấu nhịp cầu đô thị tại Việt Nam, đóng góp vào phát triển ngành cầu hầm.

• Tác giả: Lã Hà Thẩm Kỳ
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Duy Tiến
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Xây Dựng
• Đề tài: Ứng Dụng Bê Tông Tính Năng Cao Trong Xây Dựng Cầu Đô Thị Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU TRONG ĐÔ THỊ VÀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO
• 1.1. CÁC DẠNG CÔNG TRÌNH CẦU TRONG ĐÔ THỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG
• 1.2. CÁC DẠNG CÔNG TRÌNH CẦU TRONG ĐÔ THỊ
• 1.3. Cầu dầm giản đơn
• 1.4. Cầu dầm liên tục nhịp
• 1.5. Cầu Khung
• 1.6. Cầu dây
• 1.7. Cầu Vòm
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU TRONG ĐÔ THỊ
• 3. CHƯƠNG 3: SO SÁNH CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT MỘT SỐ DẠNG KẾT CẤU NHỊP CẦU SỬ DỤNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về công trình cầu đô thị và bê tông tính năng cao

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về các dạng công trình cầu trong đô thị và vai trò của bê tông tính năng cao trong xây dựng hiện đại. Các phương pháp thi công cầu như đúc tại chỗ, lắp ghép, và lao dọc được phân tích chi tiết. Bê tông tính năng cao được định nghĩa và phân loại dựa trên cường độ chịu nén, cấu trúc, và tính chất vật lý. Các thành phần và nguyên tắc phối hợp của bê tông chất lượng cao (HPC) cũng được trình bày, cùng với các kết quả thực nghiệm về cải tiến cấu trúc bê tông.

1.1. Các dạng công trình cầu đô thị

Các dạng công trình cầu đô thị bao gồm cầu dầm giản đơn, cầu dầm liên tục, cầu khung, cầu dây, và cầu vòm. Mỗi loại cầu có đặc điểm kết cấu và phương pháp thi công riêng. Cầu dầm giản đơn được sử dụng phổ biến do dễ thiết kế và thi công, trong khi cầu dầm liên tục mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao hơn. Cầu dây và cầu vòm thường được áp dụng cho các công trình có yêu cầu thẩm mỹ và khả năng vượt nhịp lớn.

1.2. Bê tông tính năng cao

Bê tông tính năng cao (HPC) được định nghĩa là loại bê tông có cường độ chịu nén từ 60-150 MPa, độ bền cao, và khả năng chống lại các tác động môi trường. Các thành phần chính của HPC bao gồm xi măng, cốt liệu mịn, và phụ gia siêu dẻo. Cấu trúc của HPC được cải tiến để tăng độ chặt và giảm độ rỗng, từ đó nâng cao tính chất cơ học và độ bền. Các kết quả thực nghiệm cho thấy HPC có khả năng đạt cường độ sớm và giảm thiểu hiện tượng co ngót.

II. Ứng dụng bê tông tính năng cao trong kết cấu nhịp cầu đô thị

Chương này tập trung vào việc ứng dụng bê tông tính năng cao trong các kết cấu nhịp cầu đô thị. Các loại dầm như dầm U, dầm I cánh rộng, và dầm T ngược được phân tích chi tiết về đặc điểm kết cấu và vật liệu chế tạo. Bê tông tính năng cao được sử dụng để cải tiến các loại dầm này, giúp tăng khả năng chịu tải và giảm chiều cao kết cấu. Các phương pháp thi công lắp đặt dầm cũng được đề cập, bao gồm đúc sẵn và lắp ghép tại công trường.

2.1. Kết cấu nhịp dầm U

Dầm U là một trong những loại dầm phổ biến trong xây dựng cầu đô thị. Bê tông tính năng cao được sử dụng để chế tạo dầm U, giúp tăng cường độ chịu nén và giảm trọng lượng kết cấu. Các đặc điểm kết cấu của dầm U bao gồm tiết diện hình chữ U, khả năng chịu tải cao, và dễ dàng lắp đặt. Phương pháp thi công lắp đặt dầm U thường bao gồm đúc sẵn tại nhà máy và vận chuyển đến công trường.

2.2. Kết cấu nhịp dầm I cánh rộng

Dầm I cánh rộng là sự cải tiến từ dầm I truyền thống, với khả năng chịu tải cao hơn và chiều dài nhịp lớn hơn. Bê tông tính năng cao được sử dụng để chế tạo dầm I cánh rộng, giúp tăng độ cứng và giảm độ võng. Các đặc điểm kết cấu của dầm I cánh rộng bao gồm tiết diện hình chữ I, cánh rộng, và khả năng chịu tải phân bố đều. Phương pháp thi công lắp đặt dầm I cánh rộng thường bao gồm đúc sẵn và lắp ghép tại công trường.

III. So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các kết cấu nhịp cầu

Chương này so sánh các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của các loại kết cấu nhịp cầu sử dụng bê tông tính năng cao. Các loại dầm như dầm U, dầm I cánh rộng, và dầm T ngược được đánh giá dựa trên khả năng chịu tải, chiều dài nhịp, và chi phí thi công. Kết quả cho thấy bê tông tính năng cao mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao hơn so với bê tông truyền thống, đặc biệt trong các công trình cầu đô thị có yêu cầu cao về độ bền và thẩm mỹ.

3.1. So sánh chỉ tiêu kỹ thuật

Các loại dầm sử dụng bê tông tính năng cao được so sánh dựa trên khả năng chịu tải, độ võng, và tuổi thọ. Kết quả cho thấy dầm I cánh rộng có khả năng chịu tải cao nhất, trong khi dầm U có chiều dài nhịp lớn nhất. Bê tông tính năng cao giúp giảm độ võng và tăng tuổi thọ của các kết cấu nhịp cầu.

3.2. So sánh chỉ tiêu kinh tế

Các loại dầm sử dụng bê tông tính năng cao được so sánh dựa trên chi phí vật liệu, chi phí thi công, và hiệu quả kinh tế. Kết quả cho thấy dầm I cánh rộng có chi phí thi công thấp nhất, trong khi dầm U có hiệu quả kinh tế cao nhất. Bê tông tính năng cao giúp giảm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ công trình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển đô thị nhanh chóng, đặc biệt tại Thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu xây dựng và cải tạo các công trình cầu ngày càng cấp thiết. Theo số liệu của Sở Giao thông Vận tải TP.HCM, hiện có trên 100 cây cầu yếu cần thay thế hoặc cải tạo. Quy hoạch phát triển giao thông đến năm 2025 dự kiến xây dựng mới 07 tuyến đường cao tốc, 06 tuyến metro, 03 tuyến đường sắt nhẹ cùng với việc cải tạo, xây dựng mới 80 nút giao thông khác mức và nâng cấp 06 tuyến quốc lộ hướng tâm. Điều này tạo ra khối lượng xây dựng công trình cầu rất lớn, đòi hỏi vật liệu và kết cấu nhịp cầu có hiệu quả kỹ thuật và kinh tế cao.

Bê tông tính năng cao (High Performance Concrete - HPC) với cường độ chịu nén từ 60 đến 150 MPa, khả năng bền nước, ổn định môi trường và thời gian đạt cường độ nhanh, được xem là giải pháp vật liệu tiên tiến cho các công trình cầu trong đô thị. Tuy nhiên, việc ứng dụng HPC tại Việt Nam còn hạn chế do chủ yếu thi công đổ tại chỗ, kiểm soát chất lượng chưa chặt chẽ, vật liệu chưa đạt tiêu chuẩn, dẫn đến cường độ thực tế chỉ đạt khoảng 50-80 MPa, cùng với các vấn đề về co ngót và nứt.

Mục tiêu nghiên cứu là làm rõ ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng và đề xuất các dạng kết cấu nhịp cầu sử dụng bê tông tính năng cao phù hợp với điều kiện xây dựng cầu trong đô thị Việt Nam, đặc biệt tại TP.HCM. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các dạng kết cấu nhịp cầu đô thị, đánh giá hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của các kết cấu nhịp sử dụng HPC trong giai đoạn xây dựng mới và thay thế cầu cũ.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng, tuổi thọ và hiệu quả khai thác công trình cầu đô thị, đồng thời góp phần giảm thiểu thời gian thi công và chi phí bảo trì, phù hợp với xu hướng phát triển hạ tầng giao thông hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu bê tông tính năng cao và kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép dự ứng lực. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết về bê tông tính năng cao (HPC): Bao gồm các khái niệm về thành phần vật liệu, cấu trúc vi mô và vĩ mô của bê tông HPC, nguyên tắc phối hợp thành phần, ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xi măng (N/X), sử dụng phụ gia siêu dẻo, muội silic và tro bay để cải thiện tính chất cơ học và độ bền của bê tông. Các đặc tính quan trọng như cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, hệ số Poisson, co ngót, từ biến và tính công tác được phân tích chi tiết.

2. Lý thuyết kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép: Nghiên cứu các dạng kết cấu nhịp cầu phổ biến trong đô thị như dầm giản đơn, dầm liên tục, dầm Super-T, dầm I cánh rộng, dầm T ngược và dầm U. Mô hình phân tích ứng suất, biến dạng, mô men uốn và lực cắt được sử dụng để đánh giá hiệu quả kỹ thuật của từng dạng kết cấu. Đồng thời, các phương pháp thi công như đúc tại chỗ, đúc hẫng cân bằng, đúc đẩy và lắp ghép phân đoạn cũng được xem xét.

Các khái niệm chính bao gồm: bê tông cường độ cao, bê tông chất lượng cao, tỷ lệ N/X, cấu trúc hồ xi măng, mô đun đàn hồi, co ngót bê tông, kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép dự ứng lực, phương pháp thi công đúc hẫng cân bằng và lắp ghép phân đoạn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích và so sánh dựa trên các nguồn dữ liệu sau:

• Nguồn dữ liệu: Tổng hợp tài liệu khoa học, tiêu chuẩn kỹ thuật (TCVN 10306-2014, TCVN 2682:2009, ASTM C1240, ASTM C494), báo cáo ngành, số liệu thực tế từ các dự án cầu tại Việt Nam và quốc tế, kết quả thí nghiệm bê tông HPC tại các viện nghiên cứu và trường đại học.

• Phương pháp phân tích: Đánh giá tính mới mẻ và khả năng áp dụng các dạng kết cấu nhịp sử dụng bê tông tính năng cao tại TP.HCM, phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật như cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, độ võng, ứng suất, tuổi thọ và chi phí thi công.

• Phương pháp so sánh: So sánh các kết cấu nhịp cầu sử dụng bê tông HPC dựa trên chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, bao gồm chi phí 1m2 cầu, chiều dài nhịp, chiều cao kết cấu, thời gian thi công và hiệu quả khai thác.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2022 đến 2024, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, phân tích số liệu, thí nghiệm mẫu bê tông, đánh giá kết cấu và đề xuất giải pháp ứng dụng.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các kết cấu nhịp cầu thực tế và mẫu bê tông HPC thử nghiệm với kích thước tiêu chuẩn (mẫu hình trụ D=15 cm, H=30 cm). Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đại diện cho các dạng kết cấu phổ biến và vật liệu bê tông HPC được sử dụng trong công trình cầu đô thị.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ưu điểm vượt trội của bê tông tính năng cao trong kết cấu nhịp cầu: Bê tông HPC đạt cường độ chịu nén từ 60 đến 100 MPa, mô đun đàn hồi tăng 20-40% so với bê tông thường, giúp giảm chiều cao dầm từ 15-25%, tăng chiều dài nhịp lên đến 40m (dầm Super-T) và giảm số lượng trụ cầu từ 10-15%. Ví dụ, dầm Super-T nhịp dẫn cầu Phú Mỹ có chiều dài nhịp 40m, không cần dầm ngang giữa, bản mặt cầu liên tục, giảm khe co giãn gây khó chịu cho người đi xe.

2. Hiệu quả kinh tế của các dạng kết cấu nhịp sử dụng HPC: So sánh chi phí 1m2 cầu cho các loại dầm cho thấy dầm I cánh rộng và dầm T ngược cải tiến sử dụng HPC giảm chi phí khoảng 12-18% so với dầm truyền thống. Thời gian thi công rút ngắn 20-30% nhờ sử dụng cấu kiện đúc sẵn tại nhà máy và phương pháp lắp ghép phân đoạn.

3. Khả năng thi công và kiểm soát chất lượng cao hơn: Việc sản xuất cấu kiện bê tông HPC tại nhà máy giúp kiểm soát chất lượng vật liệu tốt hơn, giảm thiểu co ngót và nứt do bảo dưỡng đồng đều. Phương pháp đúc hẫng cân bằng và đúc đẩy cho phép thi công nhanh, an toàn, giảm chi phí đà giáo và nhân công.

4. Hạn chế và thách thức trong ứng dụng HPC tại Việt Nam: Tỷ lệ nước/xi măng thấp (0,22-0,35) và yêu cầu sử dụng phụ gia siêu dẻo cao đòi hỏi công nghệ trộn và bảo dưỡng nghiêm ngặt. Việc thiếu kinh nghiệm thi công và kiểm soát chất lượng tại công trường dẫn đến cường độ thực tế chỉ đạt khoảng 50-80 MPa, chưa khai thác triệt để tiềm năng của HPC.

Thảo luận kết quả

Các kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông tính năng cao mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật và kinh tế cho công trình cầu đô thị. Việc tăng cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi giúp giảm kích thước kết cấu, tăng chiều dài nhịp, giảm số lượng trụ và móng, từ đó tiết kiệm vật liệu và chi phí xây dựng. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng ứng dụng HPC trong các công trình cầu hiện đại tại Mỹ, Pháp, Nhật Bản và các nước châu Âu.

Việc áp dụng phương pháp thi công đúc hẫng cân bằng và lắp ghép phân đoạn giúp rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí đà giáo và nhân công, đồng thời nâng cao chất lượng kết cấu nhờ kiểm soát tốt hơn trong nhà máy. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất là công nghệ thi công và bảo dưỡng tại công trường cần được nâng cao để đảm bảo cường độ và độ bền của bê tông HPC.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh cường độ nén, mô đun đàn hồi và chi phí thi công giữa các dạng kết cấu nhịp sử dụng bê tông truyền thống và HPC, cũng như bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của từng loại dầm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng rộng rãi bê tông tính năng cao trong sản xuất cấu kiện đúc sẵn tại nhà máy: Tăng cường đầu tư công nghệ trộn, bảo dưỡng và kiểm soát chất lượng bê tông HPC tại nhà máy để đảm bảo cường độ và tính đồng nhất. Mục tiêu nâng tỷ lệ cấu kiện đúc sẵn lên 70% trong 3 năm tới. Chủ thể thực hiện: các nhà máy sản xuất bê tông và doanh nghiệp xây dựng.

2. Phát triển và ứng dụng các dạng kết cấu nhịp cầu cải tiến sử dụng HPC: Ưu tiên sử dụng dầm Super-T, dầm I cánh rộng và dầm T ngược cải tiến cho các công trình cầu mới và thay thế cầu cũ tại đô thị. Mục tiêu giảm chi phí thi công 15% và tăng tuổi thọ công trình lên 100 năm. Chủ thể thực hiện: các đơn vị thiết kế, tư vấn và chủ đầu tư.

3. Nâng cao năng lực thi công và quản lý chất lượng tại công trường: Đào tạo kỹ thuật thi công bê tông HPC, áp dụng quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, bảo dưỡng đúng kỹ thuật để hạn chế co ngót và nứt. Mục tiêu giảm tỷ lệ lỗi vật liệu và thi công xuống dưới 5% trong 2 năm. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và cơ quan quản lý xây dựng.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn thi công bê tông HPC phù hợp với điều kiện Việt Nam: Cập nhật và ban hành các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật về vật liệu, thiết kế và thi công bê tông HPC, đồng thời phổ biến rộng rãi trong ngành xây dựng. Mục tiêu hoàn thiện tiêu chuẩn trong vòng 1 năm. Chủ thể thực hiện: Bộ Xây dựng và các viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu cầu: Nắm bắt các dạng kết cấu nhịp cầu sử dụng bê tông tính năng cao, áp dụng các mô hình tính toán và lựa chọn vật liệu phù hợp để tối ưu hóa thiết kế.

2. Nhà thầu thi công công trình cầu: Hiểu rõ các phương pháp thi công đúc hẫng cân bằng, đúc đẩy và lắp ghép phân đoạn, nâng cao hiệu quả thi công và kiểm soát chất lượng bê tông HPC.

3. Chuyên gia quản lý dự án và chủ đầu tư: Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của các giải pháp kết cấu và vật liệu mới, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, giảm chi phí và tăng tuổi thọ công trình.

4. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành xây dựng: Cập nhật kiến thức về vật liệu bê tông tính năng cao, các phương pháp thi công hiện đại và xu hướng phát triển kết cấu cầu trong đô thị, phục vụ giảng dạy và nghiên cứu khoa học.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông tính năng cao khác gì so với bê tông truyền thống?
   Bê tông tính năng cao có cường độ chịu nén từ 60 MPa trở lên, độ bền và độ ổn định môi trường cao hơn, sử dụng phụ gia siêu dẻo và muội silic để cải thiện cấu trúc vi mô, giúp tăng tuổi thọ và giảm kích thước kết cấu so với bê tông truyền thống.

2. Các dạng kết cấu nhịp cầu nào phù hợp với bê tông HPC?
   Các dạng dầm Super-T, dầm I cánh rộng, dầm T ngược cải tiến và dầm U được đánh giá phù hợp nhờ khả năng chịu lực tốt, chiều dài nhịp lớn và dễ thi công lắp ghép, giúp tối ưu chi phí và thời gian thi công.

3. Phương pháp thi công nào hiệu quả nhất cho bê tông HPC?
   Phương pháp đúc hẫng cân bằng và đúc đẩy kết hợp với lắp ghép phân đoạn tại nhà máy giúp kiểm soát chất lượng tốt, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đà giáo so với đúc tại chỗ truyền thống.

4. Làm thế nào để kiểm soát co ngót và nứt trong bê tông HPC?
   Kiểm soát tỷ lệ nước/xi măng thấp, sử dụng phụ gia siêu dẻo, bảo dưỡng đúng kỹ thuật và sản xuất cấu kiện tại nhà máy giúp giảm co ngót và nứt, đảm bảo chất lượng và tuổi thọ công trình.

5. Ứng dụng bê tông HPC có phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam?
   Nghiên cứu cho thấy bê tông HPC có khả năng chịu được tác động môi trường khắc nghiệt, tuy nhiên cần tiếp tục nghiên cứu về cường độ chịu kéo, cắt và biến dạng trong điều kiện khí hậu Việt Nam để tối ưu hóa công thức và thi công.

Kết luận

• Bê tông tính năng cao với cường độ chịu nén từ 60-100 MPa và các đặc tính vật lý cải tiến phù hợp cho kết cấu nhịp cầu đô thị hiện đại.
• Các dạng kết cấu nhịp như dầm Super-T, dầm I cánh rộng và dầm T ngược cải tiến sử dụng HPC giúp tăng chiều dài nhịp, giảm chi phí và thời gian thi công.
• Phương pháp thi công đúc hẫng cân bằng, đúc đẩy và lắp ghép phân đoạn tại nhà máy nâng cao chất lượng và hiệu quả thi công.
• Cần nâng cao năng lực thi công, kiểm soát chất lượng và hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật để khai thác tối đa tiềm năng của bê tông HPC tại Việt Nam.
• Đề xuất triển khai áp dụng rộng rãi bê tông HPC trong sản xuất cấu kiện đúc sẵn và phát triển các dạng kết cấu nhịp cầu cải tiến trong 3-5 năm tới nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông đô thị.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các kỹ sư, nhà thầu, chủ đầu tư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực xây dựng cầu, góp phần thúc đẩy ứng dụng bê tông tính năng cao và công nghệ thi công hiện đại tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU TRONG ĐÔ THỊ VÀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO 1. CÁC DẠNG CÔNG TRÌNH CẦU TRONG ĐÔ THỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG 1. CÁC DẠNG CÔNG TRÌNH CẦU TRONG ĐÔ THỊ[4] 1. Cầu dầm giản đơn Với đặc điểm là dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng thì gối cầu chỉ truyền áp lực thẳng đứng và biểu đồ momen chỉ có một dấu dương, mặt cắt dầm không đổi.

Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn có cấu tạo đơn giản, dễ dàng trong thiết kế và thi công nên được áp dụng phổ biến hiện nay trong cầu đô thị. Sơ đồ dầm giản đơn Các loại dầm như dầm I, dầm T, dầm T ngược, dầm super T và dầm chữ U BTCT DULthường được sử dụng hầu hết cho các cầu bắc qua sông cũng như cầu vượt ở đô thị Việt Nam. Các loại dầm này được đổ tại chỗ hoặc tại bãi đúc hoặc đúc sẵn đại trà trong nhà máy phục vụ xây dựng một cách nhanh chóng, tuy nhiên việc sử dụng các loại kết cấu dầm này thường bố trí nhiều khe co giãn gây khó chịu cho người đi xe, chiều cao kiến trúc lớn, chiều dài nhịp thấp… Hình 1. Dầm Super T nhịp dẫn cầu Phú Mỹ Hình 1.

Dầm I BTCT DUL cầu vượt Quán Toan – Hải Phòng Công nghệ dầm super T: Với mong muốn chế tạo một loại dầm mới có giá thành HVTH: Lã Hà Thẩm Kỳ 3 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Duy Tiến thấp hơn các dầm tiêu chuẩn, áp dụng cho miền chiều dài nhịp trung bình, có thể dễ dàng sản xuất và vận chuyển, và chỉ sử dụng một bộ khuôn đúc cho các chiều dài nhịp, Ban Công Trình Cầu lớn thuộc Cục đường bộ bang Victoria nước Úc đã nghiên cứu cải tiến loại dầm hình lòng máng hở tiêu chuẩn và kết hợp với đặc điểm của dầm T để cho ra đời loại dầm có tiết diện dạng hộp và với bản mặt cầu bê tông tại chỗ - gọi là dầm Super-T. Ở Việt Nam, lần đầu tiên dầm Super-T được đưa vào áp dụng cho phần cầu dẫn của dự án cầu Mỹ Thuận là một trong các dự án hiên đại nhất nước ta. Dầm Super-T kế thừa những ưu điểm sẵn có của dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn và có thêm những ưu điểm nổi bật như chiều dài nhịp lớn (40m), không cần dầm ngang giữa dầm, bản mặt cầu có thể liên tục để bỏ qua khe co giản và có cắt khấc 2 đầu dầm che xà mũ trụ tạo mỹ quan.

Bởi các tính năng nổi bật trên mà hiện nay dầm Super-T là sự lựa chọn hàng đầu. Cầu dầm liên tục nhịp Với đặc điểm liên tục nhịp nên biểu đồ momen có cả giá trị âm và dương, phần giá trị dương giảm so với dầm giản đơn cùng nhịp nên chiều cao, cốt thép ít hơn và trên mỗi trụ chỉ cần đặt 1 gối di dộng hoặc gối cố định nên trụ cầu có thể làm nhỏ hơn nên tiết kiệm vật liệu hơn so với dầm giản đơn. Sơ đồ dầm liên tục nhịp Áp lực gối thẳng đứng từ kết cấu nhịp dầm liên tục truyền xuống trụ hầu như đúng tâm hoặc nén lệch tâm ít và gây ra ứng suất nén phân bố gần như đều trong mặt cắt thân trụ và đáy móng trụ. Đây là ưu điểm so với hệ thống dầm giản đơn nhiều nhịp.

Tuy nhiên trong hệ thống dầm liên tục thì lực hãm xe do 2 nhịp liên tục truyền lên 1 gối cố định đặt ở mố hoặc trụ sẽ lớn hơn lực hãm trong hệ thống phương án 2 HVTH: Lã Hà Thẩm Kỳ 4 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Duy Tiến dầm giản đơn. Như vậy riêng trụ và mố đó sẽ tốn vật liệu hơn. Ngoài ra, tính chất liên tục của bề mặt xe chạy trên các nhịp dầm liên tục cũng đảm bảo tốt cho xe chạy êm thuận với tốc độ cao qua cầu vì trắc dọc cầu sẽ là đường cong đều đặn, không có điểm gẫy góc.

Độ võng của dầm liên tục nhỏ hơn so với độ võng của dầm giản đơn cùng khẩu độ. Trước kia do trình độ công nghệ hạn chế người ta thường xây dựng các cầu dầm liên tục chỉ có 2-3 nhịp. Trong khoảng 20 – 30 năm gần đây để nâng cao chất lượng khai thác cầu và nhờ các tiến bộ công nghệ người ta đã xây dựng các dầm liên tục có nhiều nhịp hơn. Khi chiều dài kết cấu nhịp liên tục càng dài thì chuyển vị dọc do nhiệt độ thay đổi càng lớn và đòi hỏi phải làm khe biến dạng có cấu tạo phức tạp hơn ở các đầu kết cấu nhịp.

Ngoài ra, các lực hãm, truyền lên gối cố định sẽ càng lớn và càng ảnh hưởng nhiều hơn đến việc thiết kế mố trụ cầu đó. Ở những nơi mà điều kiện địa phương, điều kiện địa chất không khống chế vị trí đặt mố trụ thì việc chọn chiều dài các nhịp dầm liên tục nên được thực hiện sao cho mô men uốn ở giữa các nhịp gần bằng nhau.Như vậy các đoạn kết cấu nhịp đó có thể có mặt cắt ngang giống nhau, cách đặt cốt thép giống nhau, thuận tiện cho việc thi công đúc cá đốt kết cấu nhịp. Khi đó tỷ số chiều dài các nhịp biên so với nhịp giữa nên là 0,8 đối với dầm liên tục 3 nhịp, và nên là 0,7 đối với dầm liên tục nhiều nhịp hơn. Hệ thống dầm liên tục là hệ kết cấu siêu tĩnh.Số bậc siêu tĩnh của nó bằng số trụ trừ đi 2.Khi các mố trụ lún không đều thì trong dầm liên tục xuất hiện các ứng lực phụ bất lợi.

Do đó loại cầu dầm liên tục nên dùng ở nơi có địa chất tốt, móng mố,trụ nên đặt trên nền đất không lúc hoặc bệ cọc cứng. Việc chuyển đổi từ cầu dầm giản đơn sang cầu dầm liên tục nhịp được thực hiện khá công phu qua những mối nối giữa đầu các dầm là căng cáp dự ứng lực ngoài. Từ những ưu điểm trên đó mà hiện nay người ta đang áp dụng cầu liên tục nhịp cho các cầu xây mới cũng như sửa chữa thay thế. Cầu Sài Gòn 2 HVTH: Lã Hà Thẩm Kỳ 5 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.

Nguyễn Duy Tiến 1. Cầu Khung Các hệ thống cầu khung có đặc điểm nổi bật là nối cứng phần kết cấu nhịp với phần trụ hoặc mố.Các dạng cầu khung đã được xây dựng ở đô thị nhiều nước trước đây trong thời kỳ chưa phát triển công nghệ cầu lắp ghép. Tuy nhiên khuyết điểm dạng cầu này là phải đúc bê tông tại chỗ trên đà giáo cố định, như vậy rất tốn chi phí làm đà giáo, trụ tạm và cản trở thông xe hoặc thông thuyền dưới gầm cầu lúc thi công. Sơ đồ cầu khung Các cầu khung nói trên thuộc hệ kết cấu siêu tĩnh và do vậy có các ứng lực phụ do co ngót, từ biến bê tông, do nhiệt độ thay đổi và do lún không đều các mố trụ.

Cầu Rạch Chiếc 1. Cầu dây Cầu treo dây xiên – dầm cứng BTCT xuất hiện lần đầu tiên ở Thụy Điển và CHLB Đức vào những năm 1960. Đây là hệ thống kết cấu liên hợp giữa các dầm cứng bằng thép hoặc BTCT và các cáp thép đóng vai trò treo xiên (các dây văng).Các dây xiên được liên kết vào đỉnh trụ HVTH: Lã Hà Thẩm Kỳ 6 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Duy Tiến tháp và có chiều cao khá lớn và tỏa ra treo vào một số điểm nào đó ở trên dầm cứng.

Cách cấu tạo như vậy làm cho hệ dầm cứng ngoài việc được nâng đỡ trên các gối cứng tại các vị trí trụ còn được nâng đỡ trên hệ thống gối đàn hồi tại vị trí liên kết các dây xiên. Nhờ đó mà nội lực và độ võng do tĩnh tải và hoạt tải được giảm đi rất nhiều. Đây chính là ưu điểm khiến cho cầu treo dây xiên – dầm cứng vượt nhịp lớn 100- 400m cùng với các dầm bằng BTCT và vượt các nhịp dài tới 800-850m nếu dùng dầm cứng bằng thép hay dàn thép. Ngoài khả năng vượt nhịp lớn, cầu treo dây xiên – dầm cứng còn có hình dáng kiến trúc đẹp, phù hợp với công nghệ thi công hẫng không tốn kém đà giáo.Dầm cứng BTCT có thể đúc hẫng (cầu Mỹ Thuận) hoặc lắp hẫng (cầu Kiến) như các dạng dầm thông thường với sự hỗ trợ của dây xiên chính và các dây cáp treo tạm thời.

Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo là dây cáp hoặc dây xích đỡ hệ mặt cầu (dầm hoặc dàn). Do đó trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ thống tổ hợp giữa dây và dầm (hoặc dàn). Có 2 loại là cầu treo dây võng và cầu treo dây xiên, phần lớn đô thị sử dụng cầu treo dây xiên. Cầu vượt ngã 3 Huế (Đà Nẵng) Nhược điểm của cầu treo dây xiên – dầm cứng là độ cứng của kết cấu nhỏ hơn so với các dạng cầu dầm thông thường hay cầu vòm.Mặc dù hệ thống biến dạng hình học nhưng dưới tác dụng của hoạt tải trên nhịp dây xiên có độ dãn dài khá lớn.

Đặc biệt trong các cầu nhịp lớn có các dây xiên dài, ngoài độ dãn của dây xiên dưới tác dụng của tải trọng còn phải kể đến biến dạng dây xiên bị võng do trọng lượng bản thân, khi chịu tải trọng duỗi thẳng, các biến dạng này sẽ gây ra độ võng khá lớn ảnh hưởng đến độ cứng của cầu. Điều này cho thấy với khoảng chiều dài nhịp từ 200-500m hệ thống cầu dây xiên – dầm cứng dùng cho cầu ô tô và cầu thành phố sẽ cho các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tốt.Đối với cầu dùng cho đường sắt dạng kết cấu này chỉ dùng cho những nhịp HVTH: Lã Hà Thẩm Kỳ 7 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Duy Tiến nhỏ.Một nhược điểm nữa là mức độ thông thoáng của tầm nhìn khi xe chạy trên cầu sẽ bị giảm do bố trí các dàn dây. Hệ mặt cầu cho đường xe chạy có cấu tạo nặng nề, làm tăng tĩnh tải kết cấu nhịp.

Cầu Vòm Kết cấu chịu lực chủ yếu trong cầu vòm là kết cấu vòm có cấu tạo rất đa dạng (cuốn vòm, sườn vòm…). Nói chung, đó là các bản cong hoặc thanh cong mà hai đầu được liên kết chốt hoặc liên kết ngàm với mố trụ cầu để chúng không thể chuyển vị theo hướng nằm ngang được. Do đó tác động tĩnh tải và hoạt tải thẳng đứng lên kết cấu nhịp sẽ gây ra trong trụ mố các lực đẩy ngang và gây ra trong vòm các lực nén, momen uốn, lực cắt. Khi lựa chọn dạng đường trục vòm hợp lý cho trùng với đường cong áp lực của nó thì hầu như có thể tránh được momen uốn vòm dưới bất kỳ tĩnh tải nào.