CẤU TẠO CẦU LÀ GÌ? CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MỘT CÂY CẦU

Cầu là công trình giao thông được xây dựng để đưa tuyến đường vượt qua các chướng ngại như sông, suối, thung lũng, đường bộ, đường sắt, kênh hoặc các khu vực địa hình đặc biệt.

Tùy loại cầu, sơ đồ kết cấu và điều kiện dự án, cấu tạo cụ thể có thể khác nhau. Tuy nhiên, một công trình cầu đường bộ thường có thể được xem xét theo các nhóm chính gồm kết cấu phần trên, kết cấu phần dưới, móng và các bộ phận phụ trợ.

Hiểu đúng cấu tạo cầu giúp kỹ sư, nhà thầu, đơn vị cung ứng và người tìm hiểu công trình nhận biết được chức năng của từng bộ phận, đồng thời hiểu rõ mối liên hệ giữa dầm cầu – bản mặt cầu – gối cầu – mố trụ – móng – khe co giãn.

2. CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MỘT CÂY CẦU

Ở mức khái quát, đường truyền tác động trong một hệ cầu sử dụng gối có thể hình dung:

PHƯƠNG TIỆN / TÁC ĐỘNG TRÊN CẦU
↓
LỚP MẶT CẦU
↓
BẢN MẶT CẦU
↓
DẦM / KẾT CẤU NHỊP
↓
GỐI CẦU
↓
MỐ – TRỤ CẦU
↓
MÓNG
↓
NỀN ĐẤT / ĐỊA TẦNG

Ngoài hệ chịu lực chính, cầu còn có thể có:

khe co giãn • lan can • hệ thống thoát nước • lớp chống thấm • đường dẫn • chiếu sáng • biển báo • hệ thống phòng hộ và các cấu kiện phụ trợ khác.

Cấu tạo thực tế phải căn cứ vào loại cầu và hồ sơ thiết kế.

3. CẦU GỒM NHỮNG BỘ PHẬN NÀO?

Có nhiều cách phân chia kết cấu cầu. Để người đọc dễ hiểu, có thể chia thành:

Kết cấu phần trên

Là nhóm kết cấu nằm phía trên hệ mố, trụ và tham gia trực tiếp vào việc vượt nhịp.

Tùy loại cầu, phần này có thể bao gồm:

• Dầm chủ hoặc kết cấu chịu lực chính
• Dầm ngang
• Bản mặt cầu
• Hệ liên kết
• Lớp mặt và các cấu tạo liên quan
• Các bộ phận khác tùy sơ đồ cầu

Kết cấu phần dưới

Chủ yếu gồm:

• Mố cầu
• Trụ cầu

Móng cầu

Là bộ phận truyền tác động từ mố, trụ xuống địa tầng chịu lực.

Ngoài ra, gối cầu, khe co giãn và các hạng mục phụ trợ là những bộ phận quan trọng nhưng vị trí phân loại chi tiết có thể khác tùy tài liệu chuyên ngành.

4. MÓNG CẦU LÀ GÌ?

Móng cầu nằm phía dưới mố và trụ, có nhiệm vụ truyền tải trọng và các tác động của công trình xuống nền đất hoặc tầng địa chất chịu lực theo thiết kế.

Móng là bộ phận đặc biệt quan trọng vì toàn bộ kết cấu phía trên cuối cùng phải truyền tác động xuống nền thông qua hệ móng.

Một số dạng móng có thể gặp

Tùy điều kiện địa chất, tải trọng và phương án thiết kế, công trình có thể sử dụng:

móng nông • móng cọc • cọc khoan nhồi • các giải pháp móng chuyên dụng khác.

Không có một loại móng phù hợp cho tất cả cây cầu.

Việc lựa chọn cần căn cứ vào:

địa chất → thủy văn → tải trọng → loại cầu → điều kiện thi công → yêu cầu thiết kế.

5. MỐ CẦU LÀ GÌ?

Mố cầu thường được bố trí tại hai đầu của công trình cầu.

Mố vừa tham gia đỡ kết cấu nhịp, vừa liên quan đến khu vực chuyển tiếp giữa cầu và đường dẫn.

Một mố cầu có thể gồm các bộ phận như:

thân mố • bệ mố • tường cánh • tường đỉnh • bệ kê gối và móng, tùy cấu tạo.

Chức năng của mố cầu

Mố cầu có thể đảm nhiệm các chức năng như:

• Tiếp nhận phản lực từ kết cấu nhịp.
• Truyền tác động xuống móng.
• Giữ đất khu vực đường đầu cầu tùy cấu tạo.
• Tạo vùng chuyển tiếp giữa cầu và nền đường.

Sơ đồ

ĐƯỜNG DẪN → MỐ CẦU → KẾT CẤU NHỊP

Đây là lý do khu vực đầu cầu là một vị trí quan trọng trong thiết kế và khai thác công trình.

6. TRỤ CẦU LÀ GÌ?

Nếu cầu có nhiều nhịp, giữa hai mố thường có một hoặc nhiều trụ cầu để đỡ kết cấu nhịp.

Sơ đồ:

MỐ → NHỊP → TRỤ → NHỊP → TRỤ → NHỊP → MỐ

Trụ cầu tiếp nhận phản lực từ kết cấu phía trên rồi truyền xuống móng.

Một trụ cầu có thể bao gồm:

xà mũ → thân trụ → bệ trụ → móng, tùy thiết kế.

Hình dạng trụ rất đa dạng, phụ thuộc vào sơ đồ kết cấu, điều kiện dòng chảy, không gian bên dưới cầu, kiến trúc và nhiều yêu cầu kỹ thuật khác.

7. KẾT CẤU NHỊP CẦU LÀ GÌ?

Kết cấu nhịp là phần trực tiếp vượt qua khoảng cách giữa hai vị trí đỡ liên tiếp.

Đây là một trong những bộ phận quan trọng nhất của cầu.

Tùy sơ đồ, kết cấu nhịp có thể sử dụng:

bê tông cốt thép • bê tông dự ứng lực • thép • kết cấu liên hợp hoặc các hệ vật liệu khác.

Một số dạng kết cấu nhịp thường được nhắc đến gồm:

cầu dầm • cầu bản • cầu hộp • cầu giàn • cầu vòm • cầu dây văng • cầu treo.

Mỗi hệ có cơ chế làm việc và phạm vi áp dụng khác nhau.

8. DẦM CẦU LÀ GÌ?

Trong các hệ cầu dầm, dầm cầu là cấu kiện chịu lực chủ yếu của kết cấu nhịp.

Có thể gặp:

dầm I • dầm T • dầm Super-T • dầm hộp • dầm thép • dầm bê tông dự ứng lực, tùy dự án.

Dầm tiếp nhận tác động từ bản mặt cầu và các bộ phận liên quan rồi truyền về vị trí đỡ.

Sơ đồ khái quát:

MẶT CẦU
↓
BẢN MẶT CẦU
↓
DẦM
↓
GỐI
↓
MỐ / TRỤ

Đối với dầm bê tông dự ứng lực, cáp dự ứng lực và hệ neo là các thành phần kỹ thuật quan trọng của hệ kết cấu tương ứng.

9. BẢN MẶT CẦU LÀ GÌ?

Bản mặt cầu là bộ phận kết cấu nằm phía trên hệ dầm hoặc thuộc kết cấu nhịp, tùy sơ đồ cầu.

Phía trên bản có thể có các lớp cấu tạo khác như:

lớp chống thấm → lớp bảo vệ/lớp trung gian → lớp mặt cầu, tùy thiết kế.

Bản mặt cầu tiếp nhận tác động từ phía trên và phân phối chúng vào hệ kết cấu chịu lực.

Ngoài khả năng chịu lực, thiết kế khu vực mặt cầu còn phải quan tâm tới:

thoát nước • chống thấm • độ dốc • khe co giãn • lan can và các chi tiết liên quan.

10. GỐI CẦU LÀ GÌ?

Gối cầu là bộ phận được bố trí giữa kết cấu nhịp và mố/trụ ở các hệ cầu sử dụng gối.

Vị trí:

DẦM / KẾT CẤU NHỊP
↓
GỐI CẦU
↓
BỆ KÊ GỐI
↓
MỐ / TRỤ

Gối có nhiệm vụ truyền phản lực từ kết cấu nhịp xuống phần dưới và đồng thời đáp ứng chuyển vị hoặc góc quay theo yêu cầu thiết kế.

Các loại có thể gặp gồm:

gối cao su cốt bản thép • gối chậu • các hệ gối cơ khí hoặc gối chuyên dụng khác.

Gối cao su cốt thép

Đây là nhóm sản phẩm CNA có thể xây cluster riêng.

Cấu tạo khái quát:

lớp cao su bảo vệ
↓
cao su đàn hồi
↓
bản thép gia cường bên trong
↓
cao su
↓
bản thép
↓
lớp cao su bảo vệ

11. GỐI CỐ ĐỊNH VÀ GỐI DI ĐỘNG

Trong thiết kế cầu có thể gặp khái niệm gối cố định và gối di động, tùy loại hệ gối.

Gối cố định

Có chức năng hạn chế các chuyển vị nhất định theo cấu hình thiết kế và truyền các thành phần tác động tương ứng.

Gối di động

Cho phép chuyển vị theo một hoặc nhiều phương được thiết kế, tùy loại gối.

Điểm quan trọng là không nên hiểu “di động” nghĩa là gối tự do dịch chuyển theo mọi hướng.

Khả năng dịch chuyển phải được xác định theo loại gối và thiết kế cầu.

12. KHE CO GIÃN CẦU LÀ GÌ?

Cầu chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như:

nhiệt độ • co ngót • từ biến • tải trọng • chuyển vị kết cấu và các tác động khác được xét trong thiết kế.

Do đó, tại những vị trí nhất định cần có khe co giãn để đáp ứng chuyển vị tương đối giữa các phần kết cấu.

Vị trí có thể hình dung:

MẶT CẦU ═════ | KHE CO GIÃN | ═════ MẶT CẦU

Khe co giãn vừa liên quan đến chuyển vị của kết cấu vừa tạo vùng chuyển tiếp trên bề mặt khai thác.

Các loại có thể gặp:

khe co giãn cao su • khe thép • khe răng lược • khe modular • các hệ khe chuyên dụng khác.

13. TẠI SAO CẦU CẦN KHE CO GIÃN?

Một ví dụ dễ hiểu là ảnh hưởng của nhiệt độ.

Khi nhiệt độ tăng, kết cấu có xu hướng giãn nở:

→ → | KHE | ← ←

Khi nhiệt độ giảm, kết cấu có xu hướng co lại:

← ← | KHE | → →

Đây chỉ là mô hình minh họa đơn giản. Chuyển vị thực tế còn phụ thuộc vào:

chiều dài kết cấu → vật liệu → sơ đồ cầu → nhiệt độ thiết kế → co ngót → từ biến → hệ gối → các tác động khác.

Vì vậy, kích thước và biên độ làm việc của khe phải được xác định bằng thiết kế chứ không lựa chọn chỉ dựa trên chiều rộng nhìn thấy tại hiện trường.

14. LAN CAN CẦU

Lan can cầu được bố trí dọc mép cầu theo cấu hình thiết kế nhằm phục vụ yêu cầu an toàn và phòng hộ của công trình.

Tùy dự án có thể gặp:

lan can thép • lan can bê tông • hệ kết hợp • các hệ phòng hộ chuyên dụng.

Cần phân biệt:

lan can cầu với hộ lan tôn sóng.

Hai hệ có thể cùng xuất hiện trong một dự án nhưng không mặc nhiên có cùng cấu tạo hoặc chức năng thiết kế.

15. HỘ LAN TÔN SÓNG TẠI ĐƯỜNG DẪN

Ở khu vực đường dẫn và những vị trí được thiết kế, có thể bố trí hộ lan tôn sóng.

Một hệ hộ lan có thể gồm:

thanh tôn sóng + cột + bản đệm + bulông + đầu cuối + đoạn chuyển tiếp.

Tại khu vực tiếp giáp giữa hệ hộ lan đường và hệ phòng hộ của cầu, cấu tạo chuyển tiếp cần tuân theo thiết kế.

16. HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MẶT CẦU

Nước mưa cần được thu và thoát khỏi mặt cầu theo hệ thống thiết kế.

Các bộ phận có thể gồm:

độ dốc mặt cầu → cửa thu nước → ống thoát → hệ dẫn/xả.

Việc thoát nước không phù hợp có thể ảnh hưởng đến khai thác và các bộ phận công trình.

Do đó, thoát nước cần được xem là một phần của cấu tạo tổng thể chứ không phải chi tiết bổ sung sau khi cầu hoàn thành.

17. CHỐNG THẤM MẶT CẦU

Ở những kết cấu yêu cầu, lớp chống thấm được bố trí nhằm hạn chế nước từ bề mặt xâm nhập xuống kết cấu phía dưới.

Một cấu tạo minh họa có thể là:

LỚP MẶT
↓
LỚP BẢO VỆ / TRUNG GIAN
↓
HỆ CHỐNG THẤM
↓
BẢN MẶT CẦU

Vật liệu và cấu tạo cụ thể phải theo hồ sơ thiết kế.

Không nên áp dụng một loại vật liệu chống thấm cho mọi loại cầu.

18. ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU

Đường dẫn kết nối tuyến đường với công trình cầu.

Khu vực chuyển tiếp đầu cầu cần được quan tâm vì có sự thay đổi giữa nền đường và kết cấu cầu.

Tùy thiết kế có thể có:

bản quá độ • nền đắp sau mố • hệ thoát nước • gia cường nền • lớp móng • mặt đường • hệ phòng hộ.

Một cluster riêng rất tốt là:

“Bản quá độ cầu là gì? Cấu tạo khu vực đường đầu cầu”.

19. BẢN QUÁ ĐỘ CẦU LÀ GÌ?

Bản quá độ được sử dụng trong những cấu tạo đầu cầu phù hợp nhằm tạo vùng chuyển tiếp giữa mố cầu và nền đường.

Có thể hình dung:

MẶT CẦU → MỐ → BẢN QUÁ ĐỘ → ĐƯỜNG DẪN

Thiết kế khu vực này liên quan đến nhiều yếu tố như nền đất, nền đắp, độ lún và cấu tạo công trình.

Thông số bản quá độ phải theo bản vẽ của dự án.

20. CÁC LOẠI CẦU PHỔ BIẾN

Nếu phân loại theo hệ kết cấu chịu lực, có thể gặp:

Cầu dầm

Sử dụng dầm làm thành phần chịu lực đặc trưng của kết cấu nhịp.

Cầu bản

Kết cấu nhịp chủ yếu ở dạng bản.

Cầu vòm

Sử dụng kết cấu vòm làm thành phần chịu lực chính.

Cầu giàn

Sử dụng hệ thanh liên kết thành giàn.

Cầu dây văng

Kết cấu nhịp được hỗ trợ bởi các dây văng liên kết với tháp.

Cầu treo

Sử dụng hệ cáp chủ và dây treo để hỗ trợ kết cấu mặt cầu.

Không phải tất cả các loại cầu đều có cấu tạo giống sơ đồ cầu dầm thông thường, vì vậy các sơ đồ trong bài này mang tính giải thích cơ bản, không phải bản vẽ thiết kế.

21. VẬT LIỆU THƯỜNG GẶP TRONG XÂY DỰNG CẦU

Tùy kết cấu có thể sử dụng:

Bê tông

Được sử dụng rộng rãi trong móng, mố, trụ, bản và các cấu kiện khác.

Thép cốt bê tông

Kết hợp với bê tông trong cấu kiện bê tông cốt thép.

Thép kết cấu

Sử dụng trong cầu thép, cầu liên hợp và nhiều cấu kiện/phụ kiện.

Cáp dự ứng lực

Sử dụng trong các kết cấu bê tông dự ứng lực phù hợp.

Cao su/elastomer

Có thể xuất hiện trong:

gối cầu → khe co giãn → gioăng và các chi tiết kỹ thuật khác.

Vật liệu chống thấm và chèn khe

Sử dụng theo cấu tạo và yêu cầu của từng vị trí.

22. ĐƯỜNG TRUYỀN TẢI TRỌNG TRONG CẦU

Đây là phần rất nên có vì giúp người đọc hiểu toàn bộ cấu tạo.

Với một cầu dầm sử dụng gối, có thể minh họa:

XE / TẢI TRỌNG

↓

MẶT CẦU

↓

BẢN MẶT CẦU

↓

DẦM

↓

GỐI CẦU

↓

MỐ / TRỤ

↓

MÓNG

↓

ĐỊA TẦNG CHỊU LỰC

Trong thực tế, trạng thái làm việc của cầu phức tạp hơn nhiều và còn có tải trọng bản thân, gió, nhiệt độ, tác động động, thủy lực, động đất nếu xét đến và các tác động khác theo tiêu chuẩn thiết kế.

23. GỐI CẦU VÀ KHE CO GIÃN CÓ LIÊN QUAN NHƯ THẾ NÀO?

Hai bộ phận này thường được nhắc cùng nhau vì đều liên quan đến khả năng đáp ứng chuyển vị của kết cấu.

Có thể hiểu đơn giản:

GỐI CẦU
→ nằm phía dưới kết cấu nhịp
→ truyền phản lực
→ cho phép chuyển vị/góc quay theo thiết kế.

KHE CO GIÃN
→ nằm tại vùng gián đoạn của mặt cầu
→ đáp ứng chuyển vị tương đối
→ tạo vùng chuyển tiếp cho bề mặt khai thác.

Do đó, khi thiết kế chuyển vị của cầu, các bộ phận này phải được xem xét trong hệ kết cấu tổng thể.

24. CÁC BỘ PHẬN CẦU CẦN KIỂM TRA TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC

Tùy loại công trình và chương trình quản lý/bảo trì, các vị trí được kiểm tra có thể gồm:

mặt cầu • dầm • mố • trụ • gối • khe co giãn • thoát nước • lan can • lớp bảo vệ • kết cấu thép • bê tông và các bộ phận liên quan.

Đối với gối cầu, cần quan sát theo yêu cầu kiểm tra của hệ gối cụ thể.

Đối với khe co giãn, có thể quan sát tình trạng bề mặt, liên kết, vật liệu trong khe và thoát nước tùy cấu tạo.

Việc đánh giá kỹ thuật cần do người có chuyên môn thực hiện theo quy trình áp dụng.

25. SƠ ĐỒ TỔNG THỂ CẤU TẠO CẦU

Đây là sơ đồ rất phù hợp để làm infographic:

LAN CAN / PHÒNG HỘ
↕
LỚP MẶT CẦU
↓
BẢN MẶT CẦU
↓
DẦM / KẾT CẤU NHỊP
↓
GỐI CẦU
↓
XÀ MŨ / BỆ KÊ GỐI
↓
MỐ / TRỤ
↓
BỆ MÓNG
↓
CỌC / HỆ MÓNG
↓
ĐỊA TẦNG

Tại vị trí gián đoạn thích hợp của mặt cầu:

KẾT CẤU NHỊP ⇄ KHE CO GIÃN ⇄ KẾT CẤU KẾ CẬN

26. BẢNG TÓM TẮT CÁC BỘ PHẬN CHÍNH

Câu hỏi thường gặp

Cấu tạo cầu gồm những bộ phận nào?

Một cầu đường bộ có thể gồm móng, mố, trụ, kết cấu nhịp, dầm, bản mặt cầu, gối cầu, khe co giãn, lan can, thoát nước và các bộ phận phụ trợ, tùy loại cầu.

Kết cấu phần trên của cầu là gì?

Đây là nhóm kết cấu trực tiếp tham gia vượt nhịp, có thể bao gồm dầm, bản mặt cầu, dầm ngang và các hệ liên kết tùy sơ đồ.

Kết cấu phần dưới cầu gồm những gì?

Chủ yếu gồm mố và trụ, kết hợp với hệ móng để truyền tác động xuống nền.

Mố cầu và trụ cầu khác nhau thế nào?

Mố thường nằm tại hai đầu cầu và liên quan đến vùng chuyển tiếp với đường dẫn; trụ thường nằm giữa các nhịp của cầu nhiều nhịp.

Gối cầu nằm ở đâu?

Ở hệ cầu sử dụng gối, gối thường nằm giữa kết cấu nhịp và bệ kê trên mố hoặc trụ.

Khe co giãn nằm ở đâu?

Khe được bố trí tại những vị trí gián đoạn được thiết kế của mặt cầu để đáp ứng chuyển vị tương đối của kết cấu.

Gối cầu và khe co giãn có giống nhau không?

Không. Gối cầu nằm dưới kết cấu nhịp để truyền phản lực và đáp ứng chuyển vị/góc quay theo thiết kế; khe co giãn nằm ở vùng gián đoạn của mặt cầu.

Tại sao cầu cần hệ thống thoát nước?

Hệ thống thoát nước giúp thu và dẫn nước khỏi bề mặt cầu theo cấu tạo thiết kế, hạn chế nước tồn đọng và ảnh hưởng đến các bộ phận công trình.

VẬT TƯ CẦU ĐƯỜNG CNA – CUNG CẤP VẬT TƯ CẦU ĐƯỜNG & CÔNG TRÌNH

Vật Tư Cầu Đường CNA chuyên cung cấp các loại vật tư cầu đường, vật liệu giao thông, vật tư hạ tầng và sản phẩm phục vụ thi công công trình. Chúng tôi hỗ trợ tư vấn lựa chọn sản phẩm theo quy cách, thông số kỹ thuật và nhu cầu thực tế của từng công trình.

✓ Đa dạng vật tư cầu đường – giao thông – hạ tầng
✓ Tư vấn sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật công trình
✓ Hỗ trợ báo giá nhanh cho nhà thầu và dự án
✓ Cung cấp số lượng lớn theo nhu cầu thi công
✓ Hỗ trợ giao hàng đến công trình

LIÊN HỆ TƯ VẤN & BÁO GIÁ

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ CNA VIỆT NAM
Thương hiệu: Vật Tư Cầu Đường CNA
Địa chỉ: Số 4, Ngách 527/1 Đường Lĩnh Nam, Phường Vĩnh Hưng, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Hotline: 0888.926.269
Email: vattucauduong.vn@gmail.com
Website: www.vattucauduong.vn

Vật Tư Cầu Đường CNA – Tư vấn đúng nhu cầu, báo giá nhanh, đồng hành cùng nhà thầu và công trình.