Giáo trình Thiết kế cầu (Phần 1)

TRƢỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG TP.HCM 
KHOA XÂY DỰNG 
GIÁO TRÌNH 
THIẾT KẾ CẦU 
Biên soạn: Nguyễn Tấn Dƣơng 
Phạm Thị Anh 
 (Tài liệu lƣu hành nội bộ) 
Tp. Hồ Chí Minh, 2017
 MỤC LỤC 
PHẦN 1: TỔNG LUẬN CẦU ................................................................................... 7 
CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH CẦU ........................... 7 
1.1 CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƢỜNG ......................... 7 
1.2 CÁC BỘ PHẬN VÀ KÍCH THƢỚC CƠ BẢN CỦA CẦU ........................ 7 
1.2.1 Các bộ phận cơ bản của cầu ................................................................... 7 
1.2.2 Các kích thƣớc cơ bản về cầu ................................................................ 8 
1.3 PHÂN LOẠI VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG ...................................................... 9 
1.3.1 Dựa theo mặt đƣờng xe chạy: ................................................................ 9 
1.3.2 Dựa vào mục đích sử dụng ..................................................................... 9 
1.3.3 Dựa vào vật liệu xây dựng ..................................................................... 9 
1.3.4 Dựa vào chứng ngại vật mà cầu vƣợt qua .............................................. 9 
1.3.5 Dựa vào sơ đồ kết cấu nhịp .................................................................. 10 
1.4 SƠ LƢỢC LỊCH SỬ VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA 
NGÀNH XÂY DỰNG CẦU ................................................................................ 12 
1.4.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu .................................... 12 
1.4.2 Lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu tại Việt Nam .......................... 13 
1.4.3 Phƣơng hƣớng phát triển của ngành xây dựng cầu .............................. 14 
CHƢƠNG 2: CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ MẶT CẦU ...................... 15 
2.1 CẤU TẠO CÁC LỚP PHỦ CỦA HỆ MẶT CẦU ĐƢỜNG Ô TÔ ........... 15 
2.1.1 Tác dụng của các lớp phủ ..................................................................... 15 
2.1.2 Yêu cầu cấu tạo .................................................................................... 15 
2.1.3 Cấu tạo các lớp mặt cầu ....................................................................... 15 
2.2 BẢN MẶT CẦU ......................................................................................... 16 
2.3 ỐNG THOÁT NƢỚC TRÊN CẦU ............................................................ 16 
2.3.1 Tạo dốc ngang và dốc dọc cầu ............................................................. 16 
2.3.2 Tính toán bố trí thoát nƣớc trên cầu ..................................................... 16 
2.3.3 Cấu tạo và cách bố trí ........................................................................... 17 
2.4 LỀ BỘ HÀNH VÀ LAN CAN ................................................................... 17 
2.4.1 Lề bộ hành ............................................................................................ 17 
2.4.2 Lan can ................................................................................................. 18 
2.5 KHE CO GIÃN ........................................................................................... 19 
 2.5.1 Tác dụng và các yêu cầu kỹ thuật của khe co giãn .............................. 19 
2.5.2 Cấu tạo khe co giãn .............................................................................. 19 
2.6 BẢN LIÊN TỤC NHIỆT ............................................................................ 20 
2.7 ĐƢỜNG ĐẦU CẦU ................................................................................... 21 
2.8 GỐI CẦU .................................................................................................... 22 
2.8.1 Tác dụng của gối cầu ............................................................................ 22 
2.8.2 Cấu tạo một số loại gối cầu .................................................................. 23 
CHƢƠNG 3: CƠ SỞ THIẾT KẾ CẦU THEO TIÊU CHUẨN 22 TCN 272-05 26 
3.1 QUAN ĐIỂM CHUNG VỀ THIẾT KẾ CẦU ............................................ 26 
3.1.1 Giới thiệu tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05 ............................ 26 
3.1.2 Quan điểm chung về thiết kế ................................................................ 26 
3.2 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU 22 TCN 
272- 05 .................................................................................................................. 27 
3.3 CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THEO 22 TCN 272-05 .......................... 29 
3.3.1 Khái niệm: ............................................................................................ 29 
3.3.2 Các trạng thái giới hạn ......................................................................... 29 
3.4 TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG .................................................. 30 
3.4.1 Phân loại các tải trọng .......................................................................... 30 
3.4.2 Hệ số tải trọng ...................................................................................... 31 
3.4.3 Hoạt tải xe thiết kế (LL) ....................................................................... 32 
PHẦN 2: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP ................................................................... 39 
CHƢƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CẦU BTCT .............................. 39 
1.1 PHÂN LOẠI CẦU BTCT, CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG. 39 
1.1.1 Phân loại: .............................................................................................. 39 
1.1.2 Các đặc điểm chung của cầu BTCT ..................................................... 40 
1.1.3 Phạm vi áp dụng của kết cấu nhịp BTCT ............................................ 41 
1.1.4 Ƣu, khuyết điểm của cầu bê tông cốt thép: .......................................... 42 
1.1.5 Các xu hƣớng trong lĩnh vực cầu BTCT hiện nay: .............................. 42 
1.2 CÁC HỆ THỐNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP ....................................... 43 
1.2.1 Cầu dầm................................................................................................ 43 
1.2.2 Cầu khung: ........................................................................................... 46 
1.2.3 Cầu vòm ............................................................................................... 47 
1.2.4 Cầu giàn: .............................................................................................. 48 
 1.2.5 Cầu treo dây văng – dầm cứng BTCT ................................................. 48 
1.3 VẬT LIỆU LÀM CẦU BTCT. ................................................................... 49 
1.3.1 Bêtông .................................................................................................. 49 
1.3.2 Cốt thép ................................................................................................ 59 
CHƢƠNG 2: CẦU BẢN VÀ CẦU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC LẮP 
GHÉP ....................................................................................................... 70 
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG ................................................................................ 70 
2.1.1 Các phƣơng pháp tạo dự ứng lực trƣớc ................................................ 70 
2.1.2 Các hệ thống tạo dự ứng lực ................................................................ 71 
2.2 KẾT CẤU NHỊP BẢN, DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ........................ 72 
2.2.1 Cấu tạo một số kết cấu nhịp bản .......................................................... 72 
2.2.2 Cấu tạo một số kết cấu nhịp dầm DUL ................................................ 73 
2.3 NGUYÊN TẮC, SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÉP DỰ ỨNG LỰC TRONG NHỊP 
GIẢN ĐƠN........................................................................................................... 76 
2.3.1 Nguyên tắc bố trí thép DUL cho dầm giản đơn ................................... 76 
2.3.2 Mốt số sơ đồ bố trí thép DUL phổ biến ............................................... 76 
2.4 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT KẾ ĐIỂN HÌNH ....................................... 81 
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN 
22TCN272-05 ..................................................................................................... 101 
3.1 BỀ RỘNG DẢI TƢƠNG ĐƢƠNG ĐỐI VỚI CÁC LOẠI CẦU BẢN VÀ 
BỀ RỘNG CÁNH DẦM HỮU HIỆU................................................................ 101 
3.1.1 Bề rộng dải tƣơng đƣơng đối với các loại cầu bản ............................ 101 
3.1.2 Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu ......................................................... 101 
3.2 CƢỜNG ĐỘ KHÁNG UỐN CỦA MẶT CẮT TRONG TRẠNG THÁI 
GIỚI HẠN CƢỜNG ĐỘ .................................................................................... 102 
3.2.1 Nguyên tắc chung ............................................................................... 102 
3.2.2 Phân bố ứng suất theo hình chữ nhật ................................................. 103 
3.2.3 Ứng suất trong cốt thép dự ứng lực ở mức sức kháng uốn danh định 103 
3.2.4 Các nhận xét và phân tích .................................................................. 105 
3.2.5 Điều kiện duyệt trạng thái giới hạn cƣờng độ .................................... 105 
3.3 CÁC GIỚI HẠN VỀ CỐT THÉP ............................................................. 108 
3.3.1 Quy định về hàm lƣợng cốt thép tối đa .............................................. 108 
3.3.2 Quy định về hàm lƣợng cốt thép tối thiểu .......................................... 108 
3.4 KHỐNG CHẾ NỨT BẰNG SỰ PHÂN BỐ CỐT THÉP HỢP LÝ ......... 109 
3.4.1 Tính ứng suất kéo cốt thép ở Trạng thái giới hạn sử dụng ................ 109 
 3.4.2 Điều kiện kiểm toán về hạn chế vết nứt ............................................. 109 
3.5 CÁC MẤT MÁT DỰ ỨNG SUẤT TRONG KẾT CẤU BTCT DỰ ỨNG 
LỰC ................................................................................................................... 111 
3.5.1 Tổng mất mát ứng suất ....................................................................... 111 
3.5.2 Các mất mát ứng suất tức thời (đàn hồi) ............................................ 111 
3.5.3 Ƣớc tính gần đúng toàn bộ mất mát ứng suất theo thời gian ............. 115 
3.6 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN DỰ ỨNG LỰC THEO TRẠNG THÁI GIỚI 
HẠN SỬ DỤNG VỀ CHỐNG NỨT.................................................................. 116 
3.6.1 Nguyên tắc chung ............................................................................... 116 
3.6.2 Các đặc trƣng mặt cắt ......................................................................... 117 
3.6.3 Các giới hạn ứng suất cho các bó thép dự ứng lực ............................ 117 
3.6.4 Các giới hạn ứng suất đối với bê tông trong kết cấu dự ứng lực ....... 118 
3.7 TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG VỀ BIẾN 
DẠNG ................................................................................................................. 123 
3.7.1 Nguyên tắc chung ............................................................................... 123 
3.7.2 Tính toán về độ võng và độ vồng ....................................................... 123 
3.7.3 Tính toán các biến dạng dọc trục ....................................................... 124 
3.7.4 Điều kiện kiểm toán biến dạng dầm BTCT ....................................... 125 
3.8 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN DỰ ỨNG LỰC THEO CÁC TRẠNG THÁI 
GIỚI HẠN ................................................................................................................ 
 125 
3.8.1 Tổng quát............................................................................................ 125 
3.8.2 Trạng thái giới hạn sử dụng ............................................................... 125 
3.8.3 Trạng thái giới hạn mỏi ...................................................................... 126 
3.8.4 Trạng thái giới hạn cƣờng độ ............................................................. 126 
3.8.5 Trạng thái giới hạn đặc biệt................................................................ 126 
CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ TẢI TRỌNG CHO CÁC BỘ PHẬN 
KẾT CẤU NHỊP. .......................................................................................................... 
 127 
4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG .................. 127 
4.2 BỐ TRÍ HOẠT TẢI HL-93 THEO PHƢƠNG NGANG CẦU ............... 127 
4.2.1 Số làn xe thiết kế ................................................................................ 127 
4.2.2 Bố trí hoạt tải HL-93 theo phƣơng ngang cầu ................................... 127 
4.2.3 Hệ số làn xe ........................................................................................ 130 
4.3 PHƢƠNG PHÁP ĐÒN BẢY ................................................................... 130 
 4.3.1 Giả thiết và sơ đồ tính toán ................................................................ 130 
4.3.2 Nguyên tắc tính toán .......................................................................... 131 
4.3.3 Trình tự tính toán................................................................................ 132 
4.3.4 Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi áp dụng .................................................. 132 
4.4 PHƢƠNG PHÁP TÍNH GẦN ĐÚNG HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG 
THEO TIÊU CHUẨN 22TCN 272-05 ............................................................... 133 
4.4.1 Điều kiện áp dụng .............................................................................. 133 
4.4.2 Công thức tính Hệ số phân bố dùng cho momen và lực cắt .............. 135 
4.4.3 Các điểm cần lƣu ý khi áp dụng hệ số phân bố tải trọng ................... 145 
4.4.4 Trình tự tính toán hệ số phân bố tải trọng .......................................... 146 
CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU, DẦM NGANG VÀ DẦM CHỦ ... 
 ..................................................................................................... 147 
5.1 TRÌNH TỰ CHUNG THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT ............ 147 
5.2 TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU ............................................................... 148 
5.2.1 Phân tích cấu tạo chọn sơ đồ tính toán ............................................... 148 
5.2.2 Nguyên tắc tính toán .......................................................................... 149 
5.2.3 Thiết kế bản mặt cầu theo phƣơng pháp gần đúng ............................ 149 
5.2.4 Tính toán bản mặt cầu ở đầu nhịp ...................................................... 158 
5.2.5 Tính toán bản mặt cầu khi có chiều dài làm việc theo phƣơng dọc cầu .. 
 ............................................................................................................ 158 
5.2.6 Tính toán cốt thép và kiểm toán bản .................................................. 159 
5.2.7 Tính toán và bố trí cốt thép trong bản ................................................ 160 
5.3 TÍNH TOÁN DẦM NGANG .................................................................. 161 
5.3.1 Giả thiết tính toán ............................................................................... 161 
5.3.2 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang ...................................................... 161 
5.3.3 Tính nội lực trong dầm ngang .... ... hép không dính bám, sự trƣợt xảy ra giữa cốt thép và 
bê tông xung quanh và biến dạng trong cốt thép trở nên đều đặn trong đoạn nằm 
giữa các điểm neo. Biến dạng dài tổng cộng của cốt thép lúc này phải bằng biến 
dạng dài tổng cộng của bê tông trong đoạn nói trên, tức là 
 (2.18) 
ở đây, cp là biến dạng trung bình của bê tông tại vị trí cốt thép dự ứng lực, đƣợc 
tính trung bình trong khoảng cách giữa các neo của cốt thép không có dính bám. 
- Các đƣờng cong ứng suất-biến dạng điển hình đối với thép dự ứng lực đƣợc 
cho trên hình 2.9. Các đƣờng cong này có thể đƣợc tính gần đúng bằng các công 
thức sau: 
Đối với cấp 250: 
 (2.19) 
Đối với cấp 270: 
 (2.20) 
Đối với thép thanh 
 (2.21) 
 /
pe pe p
f E
   
ps cp pe
197000 ®èi víi 0,008
0,4
1710 < 0,98 ®èi víi 0,008 
0,006
ps ps
ps
pu ps
ps
f
f
 


 
 
 
197000 ®èi víi 0,008
0,517
1848 < 0,98 ®èi víi 0,008 
0,0065
ps ps
ps
pu ps
ps
f
f
 


 
 
 
207000 ®èi víi 0,004
0,192
1020 < 0,98 ®èi víi 0,004 
0,003
ps ps
ps
pu ps
ps
f
f
 


 
 
 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 65 
Hình 1.11: Các đường cong ứng suất-biến dạng điển hình đối với thép dự ứng lực 
- Mô đun đàn hồi của cốt thép DUL: Tiêu chuẩn quy định: Nếu không có các 
số liệu chính xác hơn, mô đun đàn hồi của cốt thép DUL có thể lấy nhƣ sau: 
+ Đối với tao thép Ep = 1,97.10
5
MPa 
+ Đối với thép thanh Ep = 2,07.10
5
MPa. 
1.3.2.2.3 Bó cáp 
Tuỳ theo diện tích yêu cầu, bó cáp có thể là tập hợp của một tao đơn, nhiều 
tao hoặc nhiều sợi. Số tao trong bó thƣờng chọn phù hợp với hệ kích kéo cốt thép. 
Các chỉ tiêu của bó cáp và ống bọc đƣợc thƣơng mại hoá trên thị trƣờng có thể tham 
khảo bảng sau: 
Tao 12,7mm (0,5”) 
Ký hiệu Số tao Đƣờng kính trong 
ống bọc/đƣờng 
kính ngoài (mm) 
Lực kéo đứt nhỏ nhất 
Theo Eurocode 
128-79 hoặc 
BS5896:1980 (KN) 
Theo ASTM 
A416-85 (cấp 
270) 
5-1 
5-2 
5 
5-4 
5-6 
5-7 
5-12 
1 
2 
3 
4 
6 
7 
12 
25/30 
40/45 
40/45 
45/50 
50/55 
55/60 
65/72 
186 
372 
558 
744 
1116 
1302 
2232 
184 
367 
551 
735 
1102 
1286 
2204 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 66 
5/18 
5/19 
5/22 
5/31 
5/37 
5/43 
5/55 
18 
19 
22 
31 
37 
43 
55 
80/87 
80/87 
85/92 
100/107 
120/127 
130/137 
140/150 
3348 
3534 
4092 
5766 
6882 
7998 
10230 
3307 
3490 
4041 
5695 
6797 
7899 
10104 
Tao 15,2mm (0,6”) 
6-1 
6-2 
6-3 
6-4 
6-6 
6-7 
6-12 
6-18 
6-19 
6-22 
6-31 
6-37 
6-43 
6-55 
1 
2 
3 
4 
6 
7 
12 
18 
19 
22 
31 
37 
43 
55 
30/35 
45/50 
45/50 
50/55 
60/67 
60/67 
80/87 
95/102 
95/102 
110/117 
130/137 
140/150 
150/160 
170/180 
256 
530 
795 
1060 
1590 
1855 
3180 
4770 
5035 
5830 
8215 
9805 
11395 
14575 
261 
521 
782 
1043 
1564 
1825 
3128 
4693 
4953 
5735 
8082 
9646 
11210 
14339 
1.3.2.2.4 Gỉ và hư hỏng của tao cáp 
Chống gỉ cho thép dự ứng lực có tầm quan trọng hơn so với cốt thép thƣờng, 
vì cƣờng độ của kết cấu bêtông dự ứng lực phụ thuộc vào lực kéo trƣớc, mà lực kéo 
trƣớc lại phụ thuộc vào diện tích bó cốt thép. Giảm tiết diện cốt dự ứng lực do gỉ có 
thể làm giảm đáng kể cƣờng độ chịu mômen của bó cốt thép gây hƣ hỏng công 
trình. Trong kết cấu kéo trƣớc, việc chống gỉ thực hiện bằng bêtông quanh cốt thép, 
trong đó lớp bảo vệ đƣợc chọn thích hợp. Trong kết cấu căng sau, việc chống gỉ 
đƣợc thực hiện bằng bơm đầy vữa hoặc mỡ vào ống bọc sau khi đã căng cốt thép. 
Một dạng phá hỏng dây hoặc tao thép khác là gỉ ứng suất, là sự hình thành các vi 
nứt trong cốt thép làm thép trở nên giòn và bị phá hoại. Loại hƣ hỏng này thƣờng 
chỉ xuất hiện khi chịu ứng suất rất cao và rất khó bảo vệ. 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 67 
1.3.2.2.5 Ống bọc cáp 
Ống bọc cáp dùng cho kết cấu kéo sau để tạo lỗ rỗng cố định vị trí bó cáp. 
ống để luồn cáp có thể bằng ống thép, ống mạ kẽm, ống tôn lƣợn sóng để tăng ma 
sát với bó cốt thép, các ống này thƣờng để vĩnh viễn trong kết cấu, hoặc bằng ống 
nhựa, cao su để tạo lỗ. Sau khi bêtông đông cứng, các ống đƣợc lấy ra, còn để lại 
ống chứa cáp bằng bêtông. 
Bán kính cong của ống bọc không đƣợc nhỏ hơn 6000mm, trừ ở vùng neo 
đầu dầm, có thể cho phép tới 3600mm. 
Không đƣợc dùng ống bọc để lại bằng nhựa khi bán kính cong nhỏ hơn 
9000mm. Khi dùng ống bọc để lại bằng nhựa thì phải xem xét độ dính bám của 
nhựa với bêtông và vữa. 
Để có thể bơm vữa đầy ống, đƣờng kính trong của ống bọc ít nhất phải lớn 
hơn đƣờng kính của bó cáp dự ứng lực hay thép thanh 6mm. Đối với bó cáp dự ứng 
lực và bó nhiều thanh, diện tích ống bọc ít nhất phải lớn hơn 2 lần diện tích tiết diện 
bó cáp. Khi lắp đặt bó cáp bằng phƣơng pháp luồn sau, thì diện tích tiết diện ống 
bọc phải gấp 2,5 lần diện tích bó cáp. 
Hình 1.12: Ống bọc cáp (ống ghen) loại dẹt và tròn mạ kẽm 
Kích thƣớc ống bọc không đƣợc lớn hơn 0,4 lần chiều dày nhỏ nhất tại vị trí 
đặt ống. Tại các vị trí chuyển hƣớng, ống bọc phải mạ kẽm và dày trên 3mm. 
Các loại ống bọc bằng thép và polyetylen có thể tham khảo Hình 1.12 và 
bảng sau: 
Tao 12,7mm Tao 15,2mm Kích thƣớc ống bọc (mm) 
Số tao trong bó Số tao trong bó d D S 
12 tao 12,7 7 59 73 2 
19 12 76 91 2,5 
31 19/22 100 116 3 
Các bó khác theo yêu cầu 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 68 
1.3.2.2.6 Hệ neo 
Trong kết cấu bêtông dự ứng lực, sau khi căng, các bó cáp cần đƣợc neo cố 
định để giữ lực căng trong cốt thép. Đối với kết cấu kéo trƣớc, khi dùng cốt thép sợi 
hoặc các tao đơn thì lực dính kết của bêtông thƣờng đủ để tạo neo, khi dùng các bó 
lớn thì có thể dùng neo đặc biệt. 
Đối với kết cấu kéo sau ta phân biệt hai loại neo là neo chết và neo động. 
Neo chết thƣờng đặt cố định vào một đầu dầm và không cần đặt kích neo, neo động 
là neo có thể đặt kích để căng bó cốt thép. Tuỳ theo ngƣời thiết kế quyết định, khi 
dầm ngắn có thể đặt một đầu neo chết, một đầu neo động. Khi nhịp dài, để giảm ma 
sát có thể bố trí neo động ở cả hai đầu. Hình 1.13 và Bảng 1.6 thể hiện đầu neo 
động của hãng VSL (Thuỵ Sĩ) và các kích thƣớc cơ bản. 
Hình 1.13: Kích thước cấu tạo neo kiểu SC của VSL 
Cáp 
Lỗ bơm vữa 
Đầu neo 
Ống gen 
Ống kim loại đúc 
Nêm 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 69 
Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật của neo SC 
Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật tao xoắn 7 sợi theo tiêu chuẩn ASTM A 416 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 70 
CHƢƠNG 2: CẦU BẢN VÀ CẦU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG 
LỰC LẮP GHÉP 
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 
2.1.1 Các phƣơng pháp tạo dự ứng lực trƣớc 
2.1.1.1 Phương pháp căng trước 
Quá trình công nghệ đƣợc giới thiệu trên Hình 2.1 
Hình 2.1: Dự ứng lực căng trước bằng cơ học 
 Trình tự thi công 
 Lắp đặt cốt thép DUL vào bệ căng 
 Căng kéo thép DUL đạt đến lực căng yêu cầu rồi neo tạm vào bệ căng 
 Lắp cốt thép thƣờng và ván khuôn 
 Đổ bê tông và bảo dƣỡng 
 Tháo neo tạm và ván khuôn 
 Cắt bỏ thép thừa nhô ra khỏi dầm 
 Ƣu điểm 
 Đảm bảo khả năng dính bám giữa thép và bê tông 
 Chất lƣợng thi công tốt, có thể thi công hàng loạt trong nhà máy 
 Nhƣợc điểm 
 Xây dựng bệ căng cốt thép rất tốn kém 
 Khó khăng khi vận chuyển, thiết bị cồng kềnh 
2.1.1.2 Phương pháp căng sau 
Quá trình công nghệ đƣợc giới thiệu trên Hình 2.2 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 71 
Hình 2.2: Sơ đồ kéo căng cốt thép sau khi đổ bê tông 
 Trình tự thi công 
 Lắp đặt cốt thép thƣờng, ván khuôn và đặt các ống gen để luốn cáp 
DUL 
 Đổ bê tông và bảo dƣỡng để đạt cƣờng độ yêu cầu 
 Luồn thép DUL căng kéo Neo cố định thép DUL 
 Cắt bỏ thép thừa nhô ra khỏi dầm, bơm vữa lấp lòng ống chứa cáp 
DUL 
 Ƣu điểm 
 Thi công trực tiếp tại công trƣờng nên đỡ công vận chuyển 
 Thiết bị thi công gọn nhẹ 
 Nhƣợc điểm 
 Khó đảm bảo khả năng dính bám giữa thép và bê tông 
 Công tác căng kéo và neo phức tạp hơn căng trƣớc 
2.1.2 Các hệ thống tạo dự ứng lực 
Hệ thống tạo dự ứng lực bao gồm: 
 Thép dự ứng lực 
 Các bộ phận neo thép dự ứng lực 
 Thiết bị căng kéo thép dự ứng lực 
Hình 2.3: Cáp dự ứng lực loại tao xoắn 7 sợi 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 72 
Hình 2.4: Neo và kích để kéo căng cáp dự ứng lục của VSL 
2.2 KẾT CẤU NHỊP BẢN, DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 
2.2.1 Cấu tạo một số kết cấu nhịp bản 
Cầu bản DUL nhịp giản đơn thƣờng là dạng lắp ghép từ các khối nguyên dài 
với mối nối dọc cầu. Mỗi khối thƣờng có bề rộng khoảng 100cm để thuận lợi ghép 
thành các bề rộng cầu khác nhau. 
Hiện nay ở nƣớc ta đang phát triển nhiều dạng bản DUL có chiều dài 8-20m, 
chiều cao bản từ 25-65cm. Với các mặt cắt bản có chiều cao nhỏ nhƣ vậy đã làm 
giảm đƣợc chiều cao kiến trúc của cầu mà các dầm I, T có chiều dài tƣơng tự không 
thể có đƣợc, tạo đƣợc sự hài hòa trong tỗng thể kiến trúc cầu. 
Hình 2.5: Mặt cắt ngang điển hình dầm bản DUL 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 73 
Hình 2.6: Bố trí cốt thép thường dầm bản DUL 
2.2.2 Cấu tạo một số kết cấu nhịp dầm DUL 
Các dầm BTCT dự ứng lực thuộc dầm giản đơn có thể đƣợc chế tạo theo 
phƣơng pháp căng trƣớc hoặc căng sau, điển hình là các loại dầm chữ I hay chữ T, 
Hiện nay còn có thêm dầm super T, dầm này đƣợc sử dụng lần đầu tiên ở Việt Nam 
trên cầu Mỹ Thuận. 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 74 
Chiều dài nhịp dầm có thể từ 12m đến 33m, cá biệt đến 42m 
Chiều cao dầm H = 0,7 – 1,4m, super T cao 1,75m (L=38,2m) 
Bề rộng B=400 – 610mm. 
Với chiều cao lớn chiều cao kiến trúc cầu lớn. 
Hình 2.7: Mặt cắt điển hình dầm T dự ứng lực 
Hình 2.8: Mặt cắt điển hình dầm I dự ứng lực 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 75 
Hình 2.9: Dầm I dự ứng lực nhịp L=33m 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 76 
2.3 NGUYÊN TẮC, SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÉP DỰ ỨNG LỰC TRONG NHỊP 
GIẢN ĐƠN 
2.3.1 Nguyên tắc bố trí thép DUL cho dầm giản đơn 
 Phù hợp với biểu đồ bao mô men 
 Đặc điểm về nội lực, tải trọng trong kết cấu nhịp cầu 
 Tác dụng chủ yếu của thép dự ứng lực trong kết cấu 
 Về cƣờng độ theo mô men 
 Về tính bền, tuổi thọ, tính chống nứt 
 Đảm bảo khả năng thi công, khả năng tự bảo vệ 
 Khả năng đổ bê tông, lấp đầy bê tông 
 Khả năng căng kéo thép dự ứng lực với các bộ thiết bị tƣơng ứng 
 Khả năng tự bản vệ chống xâm thực 
 Tăng khả năng cƣờng độ chịu lực cắt và giảm thiểu ứng suất kéo chủ và ứng 
suất cắt. 
 Các bó thép cần có xu hƣớng kéo lên phía trên để phù hợp cả vấn đề 
lực cắt và mô men. 
 Không xảy ra các phá hoại cục bộ 
 Tại các vị trí uốn cong 
 Tại các vị trí neo cần có khoảng cách hợp lý 
 Tham khảo các thiết kế điển hình 
 Hợp lý hóa về mặt chịu lực, tối ƣu hóa 
2.3.2 Mốt số sơ đồ bố trí thép DUL phổ biến 
2.3.2.1 Bố trí thép DUL dạng thẳng 
Để triệt tiêu ứng suất kéo thớ dƣới cùng của mặt cắt dầm có thể dùng cốt 
thép DUL đặt thẳng ở dọc phía dƣới dầm. Do thép DUL đặt thẳng nên tại gối (đầu 
dầm) sẽ xuất hiện ứng suất kéo nên cần bố trí thép DUL ở bên trên từ 15-20% cốt 
thép ở biên dƣới. Điều này làm tốn vât liệu và không tăng khả năng chịu cắt của tiết 
diện. Tuy nhiên với phƣơng pháp này thì việc căng kéo cốt thép đơn giản áp 
dụng cho nhịp nhỏ, cầu bản (cốt thép dây đàn) 
Hình 2.10: Sơ đồ bố trí thép DUL dạng thẳng trong dầm giản đơn 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 77 
Hình 2.11: Bố trí thép DUL dạng thẳng trong dầm bản
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 78 
2.3.2.2 Bố trí thép DUL dạng cong hoặc gẫy khúc 
Để giảm ứng suất kéo tại gối do thép DUL gây ra ngƣời ta có thể bố trí thép 
dạng cong (căng sau) hoặc gẫy khúc (căng trƣớc). Phƣơng pháp này hợp lý hơn 
phƣơng pháp bố trí thẳng do hạn chế đƣợc ứng suất kéo tại gối và làm tăng khả 
năng chống cắt của tiết diện. Tuy nhiên công tác căng kéo cốt thép và bố trí neo, 
kích phức tạp hơn. 
Hình 2.12: Sơ đồ bố trí thép DUL dạng gẫy khúc và cong trong dầm giản đơn 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 79 
Hình 2.13: Bố trí thép DUL dạng cong trong dầm T 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 80 
Hình 2.14: Bố trí thép DUL dạng gẫy khúc trong dầm I 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 81 
2.4 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT KẾ ĐIỂN HÌNH 
Do hoàn cảnh lịch sử hầu hết các cầu BTCT đƣợc xây dựng ở miền Trung và 
miền Nam kể từ Huế trở vào đều sử dụng dầm T dự ứng lực kéo trƣớc theo đồ án 
điển hình của Hoa Kỳ, đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO của Hoa Kỳ. Năm 
1992 ở xƣởng dầm Châu Thới 620 (BT6) tại Quốc lộ 1K, huyện Dĩ An, tỉnh Bình 
Dƣơng đã sản xuất thêm loại dầm I dài 33m theo đồ án phù hợp với Quy trình 1979 
của Bộ GTVT và ứng với hoạt tải H-30 và XB-80. 
Hiện nay dầm bê tông cốt thép dự ứng lực căng trƣớc do BT6 chế tạo đƣợc thiết 
kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 “Tiêu chuẩn thiết kế cầu” và 22TCN 18-79 “Qui 
trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn”. 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 82 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
1
2
,5
M
 C
Ả
I T
IẾ
N
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 83 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
1
2
,5
M
 C
Ả
I T
IẾ
N
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 84 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
1
2
,5
M
 C
Ả
I T
IẾ
N
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 85 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
1
8
,6
M
 C
Ả
I T
IẾ
N
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 86 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
1
8
,6
M
 C
Ả
I T
IẾ
N
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 87 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
1
8
,6
M
 C
Ả
I T
IẾ
N
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 88 
D
Ầ
M
 I Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
2
4
,5
4
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 89 
D
Ầ
M
 I Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
2
4
,5
4
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 90 
D
Ầ
M
 I Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
3
3
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 91 
D
Ầ
M
 I Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
3
3
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 92 
D
Ầ
M
 I Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
3
3
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 93 
D
Ầ
M
 T
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
3
3
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 94 
D
Ầ
M
 T
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
3
3
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 95 
D
Ầ
M
 T
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 L
=
3
3
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 96 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 S
U
P
E
R
T
 T
, L
=
3
8
,2
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 97 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 S
U
P
E
R
T
 T
, L
=
3
8
,2
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 98 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 S
U
P
E
R
T
 T
, L
=
3
8
,2
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 99 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 S
U
P
E
R
T
 T
, L
=
3
8
,2
M
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 100 
D
Ầ
M
 Đ
IỂ
N
 H
ÌN
H
 S
U
P
E
R
T
 T
, L
=
3
8
,2
M