Các giải pháp thiết kế trụ nhiều tầng cho nút giao thông đô thị (Phần 1)

1. Đặt vấn đề

  Trụ nhiều tầng là một dạng kết cấu trụ ngoài vai trò là một kết cấu phần dưới với chức năng đỡ và phân chia kết cấu nhịp, truyền các tải trọng thẳng đứng và ngang xuống đất nền và phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, mỹ quan, va xô… như kết cấu trụ thông thường, kết cấu trụ nhiều tầng còn có vai trò đảm bảo phân chia hướng tuyến và góp phần chủ đạo cấu thành các tầng kết cấu trong nút giao khác mức, đảm bảo sự hợp lý và tiết kiệm không gian.

  Ngoài các yêu cầu về thiết kế, thi công tương tự kết cấu trụ thông thường, trụ nhiều tầng còn có đặc thù riêng để đáp ứng yêu cầu chuyển hướng và đa tầng cũng như chịu tác dụng của tải trọng nhiều lớp cần được xét đến.

Hình 1.1. Cấu tạo trụ nhiều tầng điển hình

   Với nhiều ưu điểm, trên thế giới, trụ nhiều tầng được sử dụng tương đối phổ biến, đặc biệt trong nút giao thông lập thể, cầu nhiều tầng... Tại Việt Nam đã có trường hợp áp dụng như cầu Thăng Long hay tại điểm giao cắt, nhà ga các tuyến đường sắt đô thị đang xây dựng. Tuy nhiên, việc sử dụng còn chưa phổ biến cần tiếp tục nghiên cứu để áp dụng hiệu quả trong các nút giao nhiều tầng sẽ xây dựng. Bài báo này sẽ phân tích về các dạng trụ nhiều tầng, trình bày nguyên tắc tính toán và đưa ra các ví dụ minh họa cụ thể về khả năng áp dụng loại trụ này trong đô thị tại Việt Nam.

2. Các dạng trụ nhiều tầng
Các loại trụ cầu trong các nút giao khác mức có thể được phân loại dựa theo các tiêu chí như hình dáng kết cấu hay theo phương pháp thi công... Về hình dạng kết cấu, các loại trụ cầu này có thể phân thành các dạng trụ sau:
Các dạng trụ thân cột: Thân trụ gồm 1 cột hay nhiều cột với hình dạng khác nhau như tròn hình chữ nhật vát cạnh, ô van, elíp...

                   

Hình 1.2. Cấu tạo trụ nhiều tầng điển hình

   Các dạng trụ thân tường hoặc thân hẹp: Có dạng hình chữ nhật, hình thang vát cạnh hoặc các hình dạng khác với chiều rộng thân trụ (b) lớn hơn chiều dày thân trụ (t) tối thiểu 5 lần (b/t) cho dạng tường.
Các trụ dạng nhánh: Trụ nhiều tầng dạng nhánh thường gồm thân trụ chính kết hợp với các nhánh xà mũ theo các hướng (như kiểu cành cây) để đỡ các nhánh cầu vượt trong nút giao nhiều tầng.
Các trụ dạng khung: Trụ có phần bệ móng, thân trụ, xà ngang được ngàm cứng để nối 2 thân trụ với nhau, có hoặc không có xà mũ.

                             

a. Dạng nhánh                                                                                b. Dạng Khung

Hình 1.3. Cấu tạo trụ nhiều tầng điển hình

   Trụ nhiều tầng dạng khung có thể dùng cho các đường trên trên cao nhiều tầng, các nhánh nút giao khác mức nằm cùng vị trí trên mặt bằng hoặc khi chiều rộng của cầu vượt lớn và rất phù hợp với kết cấu nhịp dầm bản hoặc dầm hộp. Như vậy, trụ nhiều tầng dạng nhánh hoặc khung sẽ là những dạng sẽ áp dụng hiệu quả cho nút giao nhiều tầng đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, khả năng chịu lực, tiết kiệm không gian và có tính thẩm mỹ cao. Ngoài ra cũng có một số dạng kết hợp khác mà thiết kế có thể đưa ra tùy theo đặc thù từng nút giao khác mức hoặc một số dạng phức tạp hợp như trong nút giao có không gian ngầm.
(Còn tiếp)

Bài viết được trích từ Bài báo đã được đăng trên tạp chí giao thông vận tải ngày 06/08/2016.
KS. Nguyễn Minh Tùng - Ban Quản lý dự án 1 (Bộ Giao thông vận tải)
PGS. TS. Đào Duy Lâm (Trường Đại học Giao thông vận tải)
Người phản biện:
GS. TS. Nguyễn Viết Trung 
PGS. TS. Nguyễn Tuyết Trinh

Tài liệu tham khảo

[1]. Bộ GTVT, 22TCN272-05, Tiêu chuẩn thiết kế cầu. 
[2]. Nguyễn Thị Tuyết Trinh, Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Đức Thị Thu Định (2013), Cầu Thành phố, NXB. GTVT.
[3]. Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Đào Duy Lâm, Các ví dụ tính toán cầu bê tông cốt thép theo Tiêu chuẩn 22TCN272-05, NXB. Xây dựng.
[4]. Nguyễn Minh Nghĩa, Dương Minh Thu, Mố trụ cầu, NXB. GTVT.
[5]. Nguyễn Xuân Vinh, Tính toán và thiết kế chi tiết các yếu tố giao thông khác mức, NXB. Xây dựng.
[6]. Ngô Đăng Quang và các tác giả, Mô hình hóa và phân tích kết cấu cầu với Midas/Civil, NXB. Xây dựng.
[7]. James S. Davidson, and al. (2002), Design and Construction of Modern Curved Bridges, UTCA Report Number 01223.
[8]. NCHRP Report (2011), Guideline for Ramp and Interchange.
[9]. Texas Transportation Institute (2003), Report on Review and evaluation of interchange ramp design.
[10]. W.F.Chen & J.Y.Richard Liew (2014), Civil Engineering Handbook, 2nd ed.