GIẢI PHÁP CẦU DẦM HỘP THÉP LIÊN HỢP BẢN BÊ TÔNG CỐT
THÉP ÁP DỤNG CHO CÁC CẦU VƯỢT NÚT GIAO ĐÔ THỊ
Kỹ sư LƯU HÙNG CƯỜNG
Trung tâm tin học tư vấn công trình GTVT (TEDI-CITEC)
Tổng Công ty TVTK GTVT
Giới thiệu
Giải pháp dầm thép I liên hợp bản bê tông cốt thép đã được nghiên cứu và ứng dụng
thực tế đã trở nên phổ biến. Tuy nhiên do những hạn chế về khả năng vượt nhịp, tính
thẩm mỹ, khả năng áp dụng trong cầu cong, chéo…đòi hỏi thực tế cần phải có giải
pháp kết cấu bổ khuyết cho những nhược điểm đó. Khoảng 15 năm trở
lại đây các dự
án nghiên cứu được tài trợ nhằm tìm hiểu một số cấu tạo điển hình và đặc trưng ứng
xử của loại hình cầu dầm hộp thép liên hợp bước đầu góp phần hình thành tư duy thiết
kế và áp dụng loại hình kết cấu này trong thực tế. Trên cơ sở tiếp thu những thành quả
nghiên cứu và vận dụng trong điều kiện Việt Nam, nhóm thi
ết kế đã mạnh dạn tìm hiểu
đưa vào các dự án cầu vượt trong đô thị tại các nút giao thông Hà Nội.
1.1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP DẦM HỘP THÉP BẢN BÊ TÔNG LIÊN
HỢP CHO CẦU TRONG NÚT GIAO ĐÔ THỊ.

Hình 1 Mặt cắt ngang điển hình
Việc lựa chọn giải pháp công trình cầu trong đô thị cần xem xét đến các yêu cầu:
(1) Giải pháp kết cấu mang tính thẩm mỹ cao, áp dụng các tiến bộ
khoa học kỹ thuật trong
xây dựng công trình giao thông trên cơ sở khả năng và thiết bị của các đơn vị thi công
trong nước (2) Thời gian thi công ngắn, thi công thuận lợi, tính cơ giới cao (3) Đảm bảo
giao thông thông suốt không bị ảnh hưởng trong quá trình thi công (4) Chiều cao kết cấu,
tĩnh không dưới cầu, chiều dài cầu, bán kính cong nằm đường tim cầu….bị hạn chế (5)

Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng (6) Đa dạng hóa loại hình kết cấu cầu ở Việt

Nam.
Giải pháp dầm hộp thép liên hợp đáp ứng được các yêu cầu trên với các ưu điểm
nổi bật về khả năng vượt nhịp, độ cứng chống xoắn lớn, tính thẩm mỹ cao, độ bền và khả
năng duy tu bảo dưỡng tốt.
Hình thức cấu t
ạo dầm hộp thép phức tạp hơn dầm I, vì vậy yêu cầu cao kỹ năng
tay nghề công nhân khi chế tạo và lắp dựng, hơn nữa trọng lượng mỗi đơn nguyên dầm
hộp thép thường lớn hơn dầm I nên giá thành thiết bị lắp dựng và cẩu lắp cao hơn. Nhưng
so với hệ nhịp dầm I, hệ nhịp dầm hộp thép cần ít dầm chủ, dầm ngang, hệ gi
ằng hơn, do
đó giảm giá thành chế tạo, đồng thời cũng giảm được thời gian lắp dựng tại hiện trường từ
đó giảm chi phí chung.
Đặc điểm của loại dầm này là độ cứng chống xoắn lớn nên rất phù hợp với cầu
cong trong các nút giao, nhánh ramps. Hai cầu đã xây dựng ở Mỹ có bán kính cong rất
nhỏ là 45m ( tại bang Masachusetts-1960) và 55m (cầu cảng sân bay Dallas-1970). Tuy
nhiên cũng cần lưu ý khó khă
n trong chế tạo đối với cầu vừa cong đứng, cong nằm, siêu
cao, chéo khi so sánh với các dạng cầu khác.
Một ưu điểm nổi bật của cầu dầm hộp thép là tính thẩm mỹ. khác biệt với cầu
dầm I liên hợp, hệ thống giằng, sườn tăng cường, các tiện ích và thành phần khác nằm
“khuất” trong lòng hộp, không bị phô ra vừa gây “rối mắt” đồng thời (1) giảm thiểu nguy
cơ
bụi bẩn và các tác động ăn mòn trực tiếp của môi trường do được “bảo vệ” trong lòng
hộp từ đó giảm được chi phí hệ sơn phủ (2) thuận lợi cho công tác kiểm tra, duy tu ngay
trong lòng hộp.
1.2 CẤU TẠO ĐIỂN HÌNH VÀ LỰA CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN
CỦA KẾT CẤU NHỊP
Việc thiết kế dầm hộp thép liên hợp
thông thường gồm 2 giai đoạn c
ần xem xét:

giai đoạn dầm hộp thép “kín tương đương”
chịu tải trọng trong quá trình thi công và giai
đoạn dầm hộp thép liên hợp trong khai thác
chịu hoạt tải.


Hình 2 Thành phần cấu tạo hộp thép

1.2.1 Tỉ lệ chiều cao/chiều dài nhịp (Depth to span ratios)
So với dầm I, dầm hộp thép có cường độ kháng uốn cao hơn vì vậy phù hợp với
khẩu độ nhịp lớn hơn. Nhịp vượt hiệu quả khoảng từ 45-100m. Khẩu độ nhịp của dạng
kết cấu này đã đạt 160m (cầu vượt sông Kanawha bang Viginia – Mỹ).
Hiện ASSHTO chưa có khuyến nghị cụ thể về tỉ
lệ chiều cao/chiều dài nhịp đối
với dầm hộp thép, tuy nhiên có thể tham khảo tỉ lệ này theo khuyến nghị của ASSHTO
cho dầm I ở điều 2.5.2.6.3 chiều cao dầm tối thiểu 0.04L cho nhịp giản đơn và 0.032L cho
nhịp liên tục. Việc lựa chọn chiều cao dầm cần xem xét (1) định tính ứng xử kết cấu- khi
chịu tác động uốn theo phương đứng có thể coi dầm hộp thép như hai d
ầm I đơn, đối với
tác động xoắn dầm hộp thép lớn hơn rất nhiều so với dầm I khoảng từ 100-1000 lần
(Heins and Hall 1981) (2) khuyến nghị về chiều cao sườn dầm tối thiểu đảm bảo không
gian cho công tác kiểm tra duy tu sau này, ứng với chiều cao này khẩu độ nhịp khoảng
45m cho nhịp giản đơn và khoảng 60m cho nhịp liên tục.
1.2.2 Bề rộng dầm và khoảng cách dầm (Girder width and spacing)
Giới hạn cận dưới bề rộng dầm được khuyến nghị khoảng 1.2(m) đảm bảo đủ
không gian xoay sở cho công nhân khi chế tạo hoàn thiện các chi tiết cấu tạo giằng, sườn
tăng cường… trong lòng hộp thép .
Giới hạn cận trên của bề rộng dầm và khoảng cách dầm được xem xét dựa trên
các yếu tố :
+ Bề rộng bản đáy: Việc phải bổ sung hệ

sườn tăng cường dọc và sườn tăng cường
ngang cho bản đáy có kích thước lớn để đảm bảo ổn định có thể làm tăng cao chi
phí sản xuất dầm.
+ Chiều dài nhịp tính toán của bản mặt cầu: nhịp tính toán bản mặt cầu lớn gây khó
khăn cho việc cấu tạo tấm ván khuôn bản mặt cầu để lại khi thi công bản.
+ Khả năng vậ
n chuyển dầm từ xưởng chế tạo ra công trường của phương tiện vận
tải hiện tại. Một vài khuyến nghị chỉ ra với bề rộng dầm lớn hơn 3.6(m) công tác
vận chuyển là rất khó khăn.
ASSHTO khuyến nghị khoảng cách tim đến tim của các bản cánh của các hộp
liền kề, a, lấy ở giữa nhịp. Phải không lớn hơn 120% hoặc không nhỏ hơn 80%, kho
ảng
cách tim đến tim của các bản cánh của mỗi hộp liền kề, W. Thêm vào yêu cầu giữa nhịp,
nơi mà các mặt cắt hộp không song song được sử dụng, khoảng cách tim đến tim của các
bản cánh liền kề ở gối phải không lớn hơn 135% hoặc không nhỏ hơn 65% của khoảng
cách tim đến tim của các bản cánh của mỗi hộp liền kề. Khoảng cách tim đến tim của các
bản cánh của m
ỗi hộp riêng lẻ phải như nhau.

Phần hẫng của bản mặt cầu bao gồm cả bó vỉa và lan can, không được lớn hơn
60% của khoảng cách trung bình giữa các tim của bản cánh thép ở trên các mặt cắt hộp
liền kề,a, hoặc 1800mm.

Hình 3 Cấu tạo mặt cắt ngang theo khuyến nghị của ASSHTO
1.2.3 Bản đáy dầm (Bottom flange)
Chiều dày bản đáy và tỉ lệ b/t là thông số thiết kế quan trọng ảnh hưởng đế
n giá
thành và khả năng chịu lực của kết cấu. Cận dưới chiều dầy bản đáy phụ thuộc vào khả
năng bị biến dạng vặn xoắn (distortion) trong quá trình chế tạo, vận chuyển, lắp
dựng.Trong mọi trường hợp chiều dày bản đáy không nên nhỏ hơn 13mm.

ASSHTO khuyến nghị tỉ lệ b/t lớn hơn 45 cần xem xét bổ sung sườn tăng cường
dọ
c và không cho phép tỉ lệ này lớn hơn 60 đối với bản cánh chịu nén.Một vài nghiên cứu
khuyến nghị tỉ lệ b/t cho bản cánh chịu kéo lớn nhất là 120. Việc lựa chọn giải pháp tăng
chiều dày hay bổ sung hệ sườn tăng cường dọc, ngang nhằm đảm bảo ổn định tấm chịu
nén phụ thuộc: (1) giá thành (2) tính khả thi trong thi công, chế tạo (3) việc bổ sung sườn
tăng cường cầ
n hết sức lưu ý cấu tạo đảm bảo khả năng chịu mỏi.
1.2.4 Sườn dầm (Web)
Sườn dầm có thể cấu tạo thẳng đứng hoặc tạo nghiêng. Việc tạo nghiêng có ưu
điểm tăng tính thẩm mỹ, giảm chiều rộng bản đáy tuy nhiên khuyến nghị của ASSHTO
góc nghiêng sườn dầm không vượt quá 1:4.
Tính toán thiết kế sườn dầm ngoài đảm bảo kh
ả năng chống cắt như cầu dầm I
thông thường, còn thiết kế khả năng chống xoắn bao gồm xoắn Saint-Venant và xoắn
vênh (warping torsion).
Các trường hợp tải gây xoắn dầm gồm: (1) cầu chéo (2) tĩnh tải lệch tâm của bản
mặt cầu (3) hoạt tải lệch tâm.


Hình 4 Sơ đồ tính tiết diện hộp chịu tải trọng lệch tâm
1.2.5 Bản cánh trên (Top flange)
Bản cánh trên dầm được thiết kế cơ bản để chịu ứng suất do uốn dầm và một
phần phụ thêm ứng suất dọc trục do xoắn. Bản cánh trên cũng làm chức năng như một
phần của hệ giằng ngang, chịu ứng suất uốn ngang do các nguyên nhân phát sinh: (1) tác
độ
ng cong bằng của dầm (2)tác động nghiêng của các sườn dầm (3) tác động của các kết
cấu đỡ tạm khi thi công bản hẫng mặt cầu.
Ngoài các yêu cầu về cấu tạo tỷ lệ b/t của các bản cánh chịu nén và chịu kéo như
quy trình thiết kế, bề rộng bản cánh trên còn phải đảm bảo đủ không gian bố trí cho liên

kết của hệ giằng trên và các đinh neo chống cắt.
Giai đoạn thiế
t kế không chế của bản cánh trên là trong quá trình thi công bản
mặt cầu
Bản cánh trên phải được xem xét chịu được tải trọng lắp dựng, do hầu hết các nhà
thầu đều lựa chọn giải pháp cẩu dầm bằng cách kẹp trực tiếp vào bản cánh trên, vì vậy
ứng suất cục bộ bao gồm cả ứng suất cục bộ trong mối hàn giữa bản cánh và sườn phải
được kiểm toán v
ới tải trọng lắp dựng.
1.2.6 Hệ khung ngang trong trên nhịp (internal intermediate diaphragms)
Hệ khung ngang trong phạm vi giữa nhịp được thiết kế trên cơ sở đảm bảo khả
năng chống “vặn méo” của tiết diện một nguyên nhân tăng ứng suất trong dầm chủ. Khi

số lượng và độ cứng của hệ khung ngang trong
được bố trí đủ thì có thể bỏ qua ứng suất do
vặn méo.
Các dạng cấu tạo hệ khung ngang
trong thường được áp dụng là dạng – K, dạng
– X, dạng – Z. tuy nhiên dạng – K được
khuyến nghị áp dụng hơn cả do ưu điểm tạo
được nhiều không gian trong lòng hộp cho
công tác chế tạo.
Cần hết sức lưu ý đến các yêu cầ
u cấu
tạo liên quan đến chống mỏi.
1.2.7 Hệ khung ngang ngoài trên nhịp (External intermediate diaphragms)
Chức năng của hệ khung ngang ngoài nhằm khống chế chuyển vị và góc xoay
khác nhau giữa các đơn nguyên dầm khi thi công bản mặt cầu.Về cấu tạo hệ khung ngang
ngoài trên nhịp thường được cấu tạo dạng chữ K với chiều cao gần với chiều cao dầm,
khoảng cách bố trí bằng 2 lần khoảng cách bố trí hệ khung ngang trong.

Sự tồn tại của hệ giằng ngang ngoài thường làm giảm tính thẩm mỹ của cầu. Vì
vậy việc đề xuất tháo dỡ hệ khung ngang ngoài trên nhịp sau khi thi công bản mặt cầu cần
cân nhắc các yếu tố: (1) tính an toàn do việc tồn tại lực trong hệ và không gian bị hạn chế
cho thiết bị tháo lắp (2) ứng suất bản mặt cầu có thể tăng lên gây nứt bản mặt cầu (3) Thi
công b
ổ sung hệ phủ mặt cầu trong tương lai sẽ gặp vấn đề tương tự khi thi công bản mặt
cầu mà không có hệ khung ngang ngoài (4) vấn đề mỏi.
1.2.8 Dầm ngang trong và ngoài tại ví trí gối (Internal & External diaphragm at
supports)
Dầm ngang tại gối được thiết kế như dầm cao (deep beams) chịu các tác động: (1)
tải trọng uốn gây ra bởi lực trong các sườn dầm (2) tải trọng xoắn bởi dòng cắt do phản
lực chố
ng xoắn dầm chủ.
Cấu tạo dầm ngang gồm một sườn đứng và thường được bổ sung thêm cánh (Top
flange) để (1) tăng khả năng kháng uốn của dầm ngang (2) tạo hệ đỡ bản mặt cầu đầu
dầm. các sườn tăng cường gối thường được gắn vào dầm ngang và được thiết kế chịu tải
trọng dọc trục bằng phản lực gối.C
ũng nên lưu ý việc bổ sung lỗ thi công phục vụ công
tác kiểm tra duy tu bảo dưỡng sau này.
1.2.9 Hệ giằng ngang bản cánh trên (Top flange lateral bracing)
H
ình 5 Sơ đồ truyền lực dầm ngang tại gối


Hình 6 Giàn dạng Warren

Hình 7 Giàn dạng Pratt
Hệ giằng bản cánh trên được coi là “mặt
thứ tư” của dầm hộp thép trước khi đổ bê tông
mặt cầu. tiết diện ngang của giằng thường là chữ

“T” và được cấu tạo tổ hợp thành kiểu giằng đơn
( giàn warren, giàn pratt) hoặc giằng đôi ( giàn
dạng-X).
Mục đích của hệ giằng bản cánh trên để
tăng độ cứng ch
ống xoắn của dầm chủ.
Thiết kế hệ giằng theo trình tự ba bước sau:
+ Cấu tạo khung của hệ giằng:Góc tạo bởi giằng chéo và bản cánh trên α là một
thông số thiết kế quan trọng. thông thường đề xuất giá trị α khoảng 45
0
, góc α
nhỏ sẽ giảm được số lượng khung ngang, mối nối, giảm được chi phí. Tuy nhiên
α nhỏ sẽ làm tăng lực trong thanh giằng và ứng suất trong dầm chủ, tăng chiều
dài tự do chịu ổn định cục bộ của bản cánh trên…
Một khuyến nghị chỉ ra mặt phẳng hệ giằng nên bố trí gần với mặt phẳng bản
cánh trên của dầm vừa làm t
ăng hiệu quả chống xoắn vừa tránh mômen uốn lớn
trong sườn tăng cường sườn dầm.

Hình 9 Lựa chọn bố trí hệ giằng bản cánh trên
Hình 8 Giàn dạng X

+ Phân tích thiết kế gồm: (1) tác động xoắn (2) tác động nghiêng của sườn dầm (3)
tác động uốn.
+ Định kích thước và chi tiết mối nối với bản cánh dầm chủ: thường có 2 cách cấu
tạo (1) thông qua bản táp (2) bắt bulông trực tiếp vào cánh dầm chủ

Hình 10 Cấu tạo có bản táp

Hình 11 Cấu tạo bắt bulông trực tiếp

1.2.10 Mối nối hiện trường (field splices)
Việc lự
a chọn cấu tạo vị trí mối nối hiện trường và kiểu mối nối hàn hay mối nối
bu lông cường độ cao cần cân nhắc trên các yếu tố: (1) khả năng vận chuyển về cả kích
thước và trọng lượng (2) sử dụng mối nối hàn tại công trường cần nhiều thời gian, yêu
cầu về trình độ kỹ thuật công nhân hàn cao hơn, độ chính xác kết cấu lắp dựng trướ
c khi
hàn đòi hỏi rất chính xác. Tuy nhiên mối nối hàn làm tăng tính thẩm mỹ, độ bền cũng như
khả năng chống ăn mòn tốt hơn (3) mối nối bulông thi công nhanh hơn, yêu cầu tay nghề
công nhân thấp hơn, yêu cầu độ chính xác kết cấu lắp dựng không cao. Tuy nhiên tính
thẩm mỹ, độ bền và khả năng chống ăn mòn kém hơn.
1.3 GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÙNG MÔMEN ÂM
Vấn đề ổ
n định bản cánh vùng mômen âm rất cần quan tâm khi thiết kế, các giải
pháp thường được xem xét khi thiết kế bản cánh chịu nén vùng mômen âm tại các tiết
diện gần trụ giữa như:
(1)Tăng chiều dày thép giải pháp này thường làm tăng chi phí vật liệu từ đó tăng
giá thành công trình (2) sử dụng sườn tăng cường dọc bản đáy giải pháp này đơn giản dễ
áp dụng nhưng rất cần lưu ý các cấ
u tạo đảm bảo khả năng chịu mỏi của vật liệu (3) giải
pháp liên hợp “kép” sử dụng bê tông liên hợp bản đáy (douple composite) giải pháp này
đá áp dụng tại một số cầu thuộc các nước châu âu như cầu Pont d’lllarsaz (Thụy sĩ) hay
cầu Ciervana (Tây ban nha).


Hình 12 Giải pháp liên hợp kép “douple
composite”

Hình 13 Giải pháp sử dụng sườn tăng cường
dọc bản đáy

1.4 GIẢI PHÁP CẤU TẠO TÍCH HỢP XÀ MŨ TRỤ VỚI DẦM HỘP THÉP.
Đối với cầu dầm 2 hộp thép liên tục, thông thường sử dụng kết cấu trụ 2 cột
đỡ dưới đáy dầm hoặc trụ 1 cột kết hợp xà mũ đỡ dưới các dầ
m thông qua gối; giải
pháp sử dụng nhiều cột có ưu điểm là cấu tạo đơn giản song thường bị coi là chiếm
dụng nhiều không gian bên dưới gây mất mỹ quan; giải pháp sử dụng xà mũ riêng
biệt cũng có ưu điểm là cấu tạo đơn giản nhưng có nhược điểm làm tăng chiều cao
cầu và đường đầu cầu do đó tăng chi phí xây dựng công trình, làm giảm tính th
ẩm mỹ
do ảnh hưởng của khối xà mũ đặc biệt là cầu nằm trong đường cong và cầu chéo.
Để giải quyết vấn đề nêu trên tại dự án cầu vượt nút giao Nam Hồng, Nguyễn
Chí Thanh, nhóm thiết kế đưa ra giải pháp cấu tạo liền khối giữa dầm hộp thép và xà
mũ trụ dạng hộp thép, kết hợp sử dụng với trụ một cột. Với giả
i pháp này hệ các
phần tử ngang đỉnh trụ làm việc rất phức tạp với hai vai trò của dầm ngang và xà mũ.
Ngoài các nội lực cắt và uốn thông thường thì vấn đề xoắn được đặt ra rất lớn. Về mặt
cấu tạo có thể xem xét hai dạng như sau:
+ Dạng dầm hộp chạy liên tục qua đỉnh xà mũ. Các phần tử ngang liên kết vào hệ
dầm dọc
+ D
ạng hệ ngang cấu tạo hoàn chỉnh trên đỉnh trụ và dầm dọc được liên kết vào hệ
ngang này.
Đối với cầu Nam Hồng và Nguyễn Chí Thanh nhóm thiết kế chọn giải pháp
thứ 2 với các cấu tạo chính như sau:
+ Hệ ngang dạng hộp thép với các sườn chính và sườn tăng cường đặt theo các
phương chịu lực. Hệ ngang có cấu tạo các chi tiết chờ sẵn để liên kết với dầ
m chủ.
Phần hộp thép khu vực liên kết với cột trụ BTCT được hàn các đinh neo chống cắt
và sau này sẽ đổ bê tông để gắn kết với cốt thép dọc của trụ.
+ Hệ dầm dọc: các hộp dầm được liên kết tại các vị trí chờ sẵn của hệ ngang bằng

mối nối bu lông cường độ cao.


Hình 14 Mô hình tính cục bộ xà mũ trụ cầu
vượt nút giao Nam Hồng

Hình 15 Mô hình tính cục bộ xà mũ cầu
vượt nút giao Nguyễn Chí Thanh

1.5 GIẢI PHÁP CẤU TẠO GIỮA THÂN TRỤ BTCT VÀ DẦM HỘP THÉP.
Trong các cầu thông thường xà mũ và thân trụ đều được làm từ cùng một loại
vật liệu nên mối nối giữa thân trụ và xà mũ không phải là vấn đề lớn. Tuy nhiên trong
cầu dầm hộp thép liên t
ục đôi khi chúng ta cần giải quyết mối nối giữa thân trụ BTCT
với xà mũ dạng hộp thép với yêu cầu đảm bảo khả năng truyền lực giữa KCPT và
KCPD và sự làm việc đồng thời của hai loại vật liệu.
Tại dự án cầu vượt nút giao Nam Hồng và Nguyễn Chí Thanh nhóm thiết kế
đã đưa ra các giải pháp cấu tạo liên kết giữa xà mũ hộp thép và thân trụ bê tông. Cấu
tạo cơ bản của liên kết như sau:
+ Xà mũ được cấu tạo dạng hộp thép. Khu vực liên kết với cột trụ, hộp thép có
gắn các đinh neo ở phía trong.
+ Cột BTCT có cốt thép dọc chủ được kéo dài tới mặt trên của hộp xà mũ chiều
dài kéo tối thiểu bằng chiều dài phát triển của cốt dọc chủ.
+ Cốt đai thân trụ đượ
c kéo dài vào vùng mối nối đảm bảo đủ kiềm chế bê tông.
+ Đổ bê tông vào khu vực hộp thép xà mũ trên đỉnh trụ để liên kết xà mũ với cột
trụ thông qua các đinh neo chống cắt và cốt thép chủ của cột.
Các vấn đề cần xem xét của giải pháp này:
+ Bê tông liên kết cần đảm bảo sự truyền lực giữa hộp thép xà mũ với thân trụ
thông qua neo chống cắt gắn trên vách h

ộp và cốt thép dọc thân trụ. Bê tông
này cần sử dụng loại có cường độ cao, độ linh động lớn và trộn phụ gia chống
co ngót để liên kết tốt với hộp thép xà mũ.
+ Các đinh neo được bố trí trên các mặt của hộp xà mũ đảm bảo truyền lực theo
các phương giữa xà mũ và cột trụ.

Ưu điểm của giải pháp này:
+ Thích hợp với cầu có góc chéo lớn sử dụng thân trụ dạng một cột
+ Hạ thấp chiều cao cầu và chiều dài đường dẫn đầu cầu mà vẫn đảm bảo tính
không dưới cầu từ đó giảm giá thành xây dựng so với phương án cầu thông
thường.
+ Tăng khả năng chống động đất.

Hình 16 Sơ
đồ tính đinh neo liên kết khối bê tông đỉnh trụ
1.6 TRÌNH TỰ LIÊN HỢP THEO TIẾN TRÌNH THI CÔNG.
(1) Việc tính toán chính xác tác động của tải trọng thi công đối với các bộ phận
như hệ giằng trên, hệ khung ngang trong, hệ khung ngang ngoài ….của kết cấu dầm hộp
thép để đảm bảo ổn định dầm chủ trong quá trình thi công là khá khó khăn do ảnh hưởng
của việc mô hình chính xác ứng xử liên hợp đối với bê tông “chư
a đủ cường độ”,hơn nữa
các số liệu đo đạc thực nghiệm từ các cầu đã thi công và kết quả phân tích chi tiết (FEM)
cho thấy ứng suất do tải trọng thi công chiếm đến 60-70% ứng suất tồn tại trong mặt cắt
dầm sau hoàn thiện.
(2) Đối với bê tông nhồi xà mũ trụ cần cân nhắc thời điểm nhồi bê tông do ảnh
hưởng của nhiệt độ
đối với kết cấu khi bê tông nhồi xà mũ chưa đủ cường độ là nguyên
nhân làm hư hỏng dính bảm giữa bê tông mối nối và xà mũ thép.
Từ các lý do nêu trên nhóm thiết kế đề xuất trình tự thi công như sau:
+ Thi công trụ

+ Lắp dựng xà mũ lên đỉnh trụ và hệ đà giáo tạm (Chưa định vị chính xác xà mũ
theo thiết kế mà tạm dịch chuyển tạo không gian tổi thiểu cho việc lắp kết cấu
nhịp giữa hai xà mũ)

+ Lắp dựng hệ kết cấu nhịp lên hệ đà giáo trụ tạm (Chưa liên kết cứng dầm với
xà mũ tránh tác động biến dạng nhiệt của dầm ảnh hưởng tới kết cấu xà mũ)
+ Căn chỉnh chính xác vị trí trụ theo thiết kế, đổ bê tông nhồi liên kết giữa thân
trụ và xà mũ. Sau khi bê tông nhồi xà mũ đủ cường độ mới ti
ến hành liên kết
cứng dầm với xà mũ. Các nhịp khác thi công tương tự
+ Đổ bê tông bản mặt cầu theo nguyên tắc đổ vùng mômen dương trước, vùng
mômen âm đổ sau, đổ từ nhịp biên vào nhịp giữa.
+ Thi công lớp phủ và hòan thiện cầu.

Hình 17 Trình tự đổ bê tông bản mặt cầu – cầu vượt Nam Hồng
1.7 GIA CÔNG, CHẾ TẠO, SẢN XUẤT KẾT CẤU NHỊP DẦM HỘP THÉP.
S
ơ đồ dòng chảy quá trình chế tạo dầm trong nhà máy
+ Kiểm tra vật tư đầu vào : thử nghiệm cơ tính, thành phần hóa học
+ Lập khảo đồ pha phôi đối với các chi tiết thép tấm, thép hình
+ Lấy dấu, cắt tạo phôi, khoan lỗ lắp ghép
+ Gá tổ hợp, hàn cụm
+ Hàn
+ Nắn thẳng, phẳng, gia nhiệt, mài sửa.
+ Tổ hợp thử
+
Làm sạch bề mặt
+ Sơn
+ Hoàn thiện vận chuyển ra công trường.


Hình 18 Hệ đồ gá xoay phục vụ thi công khối
xà mũ cầu Nguyễn Chí Thanh
Hình 19 Cẩu lắp xà mũ Nguyễn Chí
Thanh tại công trường
Hình 20 Công tác thi công hệ sơn phủ trong
công xưởng.
Hình 21 Thi công cẩu lắp dầm tại công
trường
1.8 VÍ DỤ THIẾT KẾ MỘT SỐ CÔNG TRÌNH
1.8.1 Cầu vượt nút giao Nguyễn Chí Thanh – Láng
a) Quy mô cấp công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật:
− Xây dựng cầu vượt trực thông theo hướ
ng Nguyễn Chí Thanh - Trần Duy Hưng có bề
rộng B=16m cho 4 làn xe đi 2 chiều, tốc độ thiết kế 60Km/h, quy mô công trình cấp
vĩnh cửu bằng BTCT và Thép bê tông liên hợp.
− Bề rộng toàn cầu B=16,0m trong đó phần mặt cầu 15,0m lan can 2x0,5m.
− Tải trọng thiết kế: xe HL 93. Người đi 3*10
-3
Mpa
− Lực va xe vào trụ: 1800kN;
− Tĩnh không các đường chui dưới cầu: H=4.75m;
b) Kết cấu phần trên:
− Kết cấu nhịp dầm hộp thép liên hợp bản BTCT liên tục sơ đồ nhịp:
(30+35+4x45+35+30m), tổng chiều dài cầu L=315.7m.

− Mặt cắt ngang cầu gồm 02 dầm chủ bằng hộp thép, khoảng cách tim 2 dầm là 8,2m,
chiều cao dầm Hd = 2m, chiều dày bản mặt cầu tối thiểu 200mm.
− Kích thước sườn dầm cao 2000mm dày 14mm.
− Kích thước bản cánh trên biến thiên: 20x450; 30x650; 45x650 mm.
− Kích thước bản cánh dưới (bản đáy) biến thiên: 16x3300; 24x3300; 30x3300 mm.

− Hệ liên kết dọc và sườn tăng cường ngang bằng thép bản liên kết với dầm ch
ủ thông
qua bản tiết điểm và bu lông cường độ cao.
− Bản mặt cầu bằng BTCT 30Mpa đổ tại chỗ. Chiều dày bản mặt cầu tối thiểu 20cm
liên kết với dầm thông qua các neo chống cắt, là loại neo đinh φ25mm dài 150mm
được hàn vào cánh trên dầm chủ.
− Thép kết cấu dùng cho các loại cấu kiện thép phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709,
cấp 345 hoặc tương đương.
− Đinh neo chịu c
ắt: Được làm từ thanh thép kéo nguội, cấp 1015, 1018 hoặc 1020 tuân
theo tiêu chuẩn ASTM A108.
c) Kết cấu phần dưới:
− Mố cầu: Mố cầu dạng chữ U bằng BTCT đổ tại chỗ đặt trên bệ móng cọc khoan nhồi
D1000mm.
− Trụ cầu:
+ Trụ dạng trụ đặc thân hẹp tiết diện hình chữ nhật BxH=4,0x1,8m bằng BTCT,
móng trụ trên hệ cọc khoan nhồi đườ
ng kính D1000mm.
+ Xà mũ trụ bằng thép bản liên kết hàn; liên kết thân trụ với xà mũ thông qua neo
đinh, thép hình và bê tông trộn phụ gia không co ngót C40.

Hình 22 Phối cảnh cầu vượt Nguyễn Chí Thanh


1.8.2 Cầu vượt nút giao Lê Văn Lương – Láng
a) Quy mô cấp công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật:
− Xây dựng cầu vượt trực thông theo hướng Lê Văn Lương – Láng Hạ có bề rộng
B=9m cho 2 làn xe con kết hợp xe buýt nhanh (BRT) đi 2 chiều và làn phụ dành cho
xe máy, tốc độ thiết kế 60Km/h, quy mô công trình cấp vĩnh cửu bằng thép bê tông
liên hợp.

− Bề rộng toàn cầu B=9,0m trong đó phần mặt cầu 8,2m lan can 2x0,4m.
− Tải trọng thi
ết kế: cầu được thiết kế với hoạt tải 3T kết hợp xe buýt nhanh BRT (tải
trọng trục trước lớn nhất: 7T, tải trọng trục sau lớn nhất: 10T)
− Không xem xét các tải trọng cực hạn. Tuy nhiên phần thân trụ thép cao 2.0m được
nhồi bê tông trộn phụ gia không co ngót.
− Tĩnh không các đường chui dưới cầu: H=4.75m;
d) Kết cấu phần trên:
− Kết cấu nhịp dầm hộ
p thép liên hợp bản BTCT liên tục sơ đồ nhịp:
(30+34+4x45+35+30m), tổng chiều dài cầu L=315.1m.
− Mặt cắt ngang cầu gồm 04 dầm chủ bằng hộp thép, khoảng cách tim 2 dầm là 2,45m,
chiều cao dầm Hd = 1.4m, chiều dày bản mặt cầu tối thiểu 150mm.
− Kích thước sườn dầm cao 1350mm dày 14mm.
− Kích thước bản cánh trên biến thiên: 14x850; 24x850; 32x850 mm.
− Kích thước bản cánh dưới biến thiên: 16x850; 26x850; 30x850 mm.
− Bố trí các sườn tăng cườ
ng ngang bằng thép bản liên kết với dầm chủ bằng hàn.
− Bản mặt cầu bằng BTCT 30Mpa đổ tại chỗ. Chiều dày bản mặt cầu tối thiểu 15cm
liên kết với dầm thông qua các neo chống cắt, loại neo đinh φ19mm dài 100mm được
hàn vào cánh trên dầm chủ.
− Thép kết cấu dùng cho các loại cấu kiện thép phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709,
cấp 345 hoặc tương đương.
− Đinh neo chị
u cắt: Được làm từ thanh thép kéo nguội, cấp 1015, 1018 hoặc 1020
tuân theo tiêu chuẩn ASTM A108.
e) Kết cấu phần dưới:
− Mố cầu: Mố cầu dạng chữ U bằng BTCT đổ tại chỗ đặt trên bệ móng gồm 01 cọc
khoan nhồi D2000mm.
− Trụ cầu:

+ Trụ tròn D1500mm bằng thép dày 30mm, móng trụ trên 01 cọc khoan nhồi
đường kính D2000mm.

+ Xà mũ trụ bằng thép bản liên kết hàn; liên kết thân trụ với xà mũ bằng bulông
cường độ cao.

Hình 23 Hình ảnh cầu Lê Văn Lương ngày thông xe 14-11-2012
1.8.3 Cầu vượt nút giao giữa đường Nam Hồng với đường Mai Dịch – Nội bài.
a) Quy mô cấp công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật:
− Xây dựng cầu vượt trực thông theo hướng đường Nam Hồng vượt đường Bắc Thăng
Long – Nội Bài có bề
rộng B=12m cho 2 làn xe cơ giới và 2 làn xe thô sơ, tốc độ thiết
kế 60Km/h, quy mô công trình cấp vĩnh cửu bằng BTCT và Thép bê tông liên hợp.
− Bề rộng toàn cầu B=12,0m trong đó phần mặt cầu 11,0m lan can 2x0,5m.
− Tải trọng thiết kế: xe HL 93. Người đi 3*10
-3
Mpa
− Lực va xe vào trụ: 1800kN;
− Tĩnh không các đường chui dưới cầu: H=4.75m;
b) Kết cấu phần trên:
− Kết cấu nhịp dầm hộp thép liên hợp bản BTCT liên tục sơ đồ nhịp: (30+3x45+30m),
tổng chiều dài cầu L=200.7m.
− Mặt cắt ngang cầu gồm 02 dầm chủ bằng hộp thép, khoảng cách tim 2 dầm là
6,225m, chiều cao dầm Hd = 1.8m, chiều dày bản mặt cầu tối thiểu 200mm.
−
Kích thước sườn dầm cao 1800mm dày 14mm.
− Kích thước bản cánh trên biến thiên: 20x450; 30x650; 45x650 mm.
− Kích thước bản cánh dưới (bản đáy) biến thiên: 16x2425; 24x2425; 30x2425 mm.
− Hệ liên kết dọc và sườn tăng cường ngang bằng thép bản liên kết với dầm chủ thông
qua bản tiết điểm và bu lông cường độ cao.


− Bản mặt cầu bằng BTCT 30Mpa đổ tại chỗ. Chiều dày bản mặt cầu tối thiểu 20cm
liên kết với dầm thông qua các neo chống cắt, là loại neo đinh φ25mm chiều dài thay
đổi từ 150~290mm được hàn vào cánh trên dầm chủ.
− Thép kết cấu dùng cho các loại cấu kiện thép phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709,
cấp 345 hoặc tương đương.
− Đinh neo chịu cắt: Được làm từ thanh thép kéo nguội, c
ấp 1015, 1018 hoặc 1020 tuân
theo tiêu chuẩn ASTM A108.
c) Kết cấu phần dưới:
− Mố cầu: Mố cầu dạng chữ U bằng BTCT đổ tại chỗ đặt trên bệ móng cọc khoan nhồi
D1000mm.
− Trụ cầu:
+ Trụ dạng trụ tròn D2000mm bằng BTCT, móng trụ trên hệ cọc khoan nhồi 06
cọc D1000mm.
+ Xà mũ trụ bằng thép bản liên kết hàn; liên kết thân trụ với xà m
ũ thông qua neo
đinh, thép hình và bê tông trộn phụ gia không co ngót C40.

Hình 24 Phối cảnh cầu vượt nút giao Nam Hồng
1.9 KẾT LUẬN
Đặc điểm kết cấu dầm hộp thép là tự trọng bản thân nhẹ, từ đó giảm khối lượng
kết cấu phần dưới, giảm thời gian ảnh hưởng giao thông trong quá trình thi công, giảm giá
thành xây dựng. Công tác sản xuất kết cấu nhịp trong công xưởng có ưu điểm d
ễ kiểm
soát và đảm bảo chất lượng. Kết cấu có tính thẩm mỹ cao, các dự án cầu vượt nút giao đô
thị hiện đang triển khai phần nào củng cố các đặc điểm kết cấu cầu dạng này.


Tàiliệuthamkhảo

1. A Design Procedure for Intermediate External Diaphragms on Curved Steel
Trapezoidal Box Girder Bridges. Report No. FHWA/TX-03/1898-1 Research
Project 0-1898 SIMPLIFIED DETAILS FOR TRAPEZOIDAL STEEL BOX
BEAMS.
2. Composite Action during Construction of Steel Trapezoidal Box Girder
Bridges Report No. FHWA/TX-07/0-1898-2
3. Top-Lateral Bracing Systems for Trapezoidal Steel Box-Girder Bridges.
Report No. FHWA/TX-07/0-1898-4. Research Project 0-1898
4. Field and Computational Studies of Steel Trapezoidal Box Girder Bridges.
Report no.1395-3
5. Behavior of Trapezoidal Box Girders with Skewed Supports. Report No.4148-
1.
6. Practical Steel Tub Girder Design. ASSHTO and NSBA collaboration
7. Design Guidelines For Steel Trapezoidal Box Girder Systems Report No.
FHWA/TX-07/0-4307-1
8. NCHRP report 527: Integral Steel Box-beam Pier Cap
9. The Connection between an Integral Steel Cap Girder and a concrete Pier.
Doctor of philosophy. Joseph Micheal ales, JR.,B.S.,M.S.
10. Chapter 13 Steel-Concrete Composite Box girder Bridge. Bridge engineering
handbook.
11. Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công cầu vượt nút giao Nam Hồng, Lê Văn Lương,
Nguyễn Chí Thanh.


Contents
GIẢI PHÁP CẦU DẦM HỘP THÉP LIÊN HỢP BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP ÁP
DỤNG CHO CÁC CẦU VƯỢT NÚT GIAO ĐÔ THỊ 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP DẦM HỘP THÉP BẢN BÊ TÔNG LIÊN HỢP
CHO CẦU TRONG NÚT GIAO ĐÔ THỊ. 1


1.2 CẤU TẠO ĐIỂN HÌNH VÀ LỰA CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA
KẾT CẤU NHỊP 2

1.2.1 Tỉ lệ chiều cao/chiều dài nhịp (Depth to span ratios) 3
1.2.2 Bề rộng dầm và khoảng cách dầm (Girder width and spacing) 3
1.2.3 Bản đáy dầm (Bottom flange) 4
1.2.4 Sườn dầm (Web) 4
1.2.5 Bản cánh trên (Top flange) 5
1.2.6 Hệ khung ngang trong trên nhịp (internal intermediate diaphragms) 5
1.2.7 Hệ khung ngang ngoài trên nhịp (External intermediate diaphragms) 6
1.2.8 Dầm ngang trong và ngoài tại ví trí gối (Internal & External diaphragm at
supports) 6

1.2.9 Hệ giằng ngang bản cánh trên (Top flange lateral bracing) 6
1.2.10 Mối nối hiện trường (field splices) 8
1.3 GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÙNG MÔMEN ÂM 8
1.4 GIẢI PHÁP CẤU TẠO TÍCH HỢP XÀ MŨ TRỤ VỚI DẦM HỘP THÉP. 9
1.5 GIẢI PHÁP CẤU TẠO GIỮA THÂN TRỤ BTCT VÀ DẦM HỘP THÉP. 10
1.6 TRÌNH TỰ LIÊN HỢP THEO TIẾN TRÌNH THI CÔNG. 11
1.7 GIA CÔNG, CHẾ TẠO, SẢN XUẤT KẾT CẤU NHỊP DẦM HỘP THÉP. 12
1.8 VÍ DỤ THIẾT KẾ MỘT SỐ CÔNG TRÌNH 13
1.8.1 Cầu vượt nút giao Nguyễn Chí Thanh – Láng 13
1.8.2 Cầu vượt nút giao Lê Văn Lương – Láng 15
1.8.3 Cầu vượt nút giao giữa đường Nam Hồng với đường Mai Dịch – Nội bài. 16
1.9 KẾT LUẬN 17