Bài giảng tính toán cắp cầu dây văng theo công nghệ căng từng tao

PHẦN MỞ ĐẦU Công nghệ căng từng tao cáp đã được dụng ở Việt Nam với việc tính toán thi công căng cáp là do các nhà thầu nước ngoài thực hiện, vấn đề căng cáp từng tao vẫn là ẩn số chưa b

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Bài giảng Chuyên đề

TÍNH TOÁN CĂNG CÁP CẦU DÂY VĂNG THEO CÔNG NGHỆ CĂNG TỪNG TAO

Trình bầy: GS.TS NGUYỄN VIẾT TRUNG

HÀ NỘI 2012

MỤC LỤC

Chương 1 Tổng quan về công nghệ căng cáp trong cầu dây văng 3

1.1 Khái niệm về công tác căng cáp cầu dây văng 8

1.2 Một số công nghệ căng cáp trong các cầu dây văng ở Việt Nam 10

1.2.1 Công nghệ căng cáp văng cầu Kiền 10

1.2.2 Công nghệ căng cáp văng cầu Bính 16

1.2.3 Công nghệ căng cáp văng cầu Bãi Cháy 18

1.3 Một số nhận xét 26

Chương 2 Xây dựng thuật toán tính toán căng cáp cầu dây văng 28

2.1 Giới thiệu bài toán 28

2.2 Phân tích ứng xử tổng thể của dây văng 28

2.2.1 Phương trình của 1 cáp đơn 28

2.2.2 Mô hình dạng dầm với cáp đơn sử dụng lò xo tương đương 38

2.2.3 Mô hình dầm với nhiều cáp sử dụng mô hình dầm trên nền đàn hồi 44

2.2.4 Quá trình thiết kế cho các hệ thống cáp/dầm 50

2.3 Tính toán căng cáp văng theo công nghệ căng từng tao 54

2.3.1 Trường hợp 1: Xét bài toán căng bó cáp có 2 tao với diện tích mặt cắt mỗi tao là bất kỳ 54

2.3.2 Trường hợp 2: Tổng quát xét cho n tao cáp 56

2.3.3 Thuật toán giải bài toán căng dây 57

2.4 Chương trình tính toán căng cáp văng 58

2.4.1 Mô đun file: 59

2.4.2 Mô đun Data: Khai báo các số liệu đầu vào 59

2.4.3 Mô đun Analysis: Phân tích bài toán tính căng cáp từng tao 61

Chương 3 Ứng dụng thuật toán tính toán căng cáp trong một công trình cầu 63

3.1 Giới thiệu công trình cầu 63

3.2 Tính toán lực điều chỉnh trong từng bó cáp 64

3.3 Tính toán lực căng cho từng tao cáp 65

3.3.1 Tính toán căng cáp cho Bó cáp S18, tháp phía Đông 65

3.3.2 Tính toán căng cáp cho Bó cáp S9, tháp phía Tây 68

3.4 Một số nhận xét 71

Chương 4 Kết luận và hướng phát triển 72

4.1 Kết luận 72

4.1.1 Công nghệ căng cáp cầu dây văng 72

4.1.2 Mô hình làm việc của cáp văng 72

4.1.3 Thuật toán tính toán căng cáp cầu dây văng 72

4.2 Hướng phát triển 72

4.2.1 Phân tích ứng xử của cáp văng dưới các tác động của gió 72

Tài liệu tham khảo 73 Phụ lục Error! Bookmark not defined.

HỆ THỐNG KÝ HIỆU

T: Lực căng trong tao cáp;

w: Trọng lượng cáp theo phương thẳng đứng;

bx: Lực tác dụng lên cáp theo phương ngang;

: Góc nghiêng của cáp so với phương nằm ngang; H: Hình chiếu của lực T theo phương ngang;

L: Khoảng cách giữa điểm đầu và điểm cuối của cáp

Lh: Chiều dài hình chiếu của cáp;

A: Diện tích của bó cáp;

fi: Diện tích từng tao cáp;

h: Chiều dài đường tên;

s: Chiều dài khi bị biến dạng của cáp theo tim của cáp;

s0: Chiều dài ban đầu của cáp theo tim của cáp;

E: Mô đun đàn hồi của vật liệu làm cáp;

Eeff: Mô đun đàn hồi tương đương của cáp;

 : Ứng suất trong bó cáp;

k0: Độ cứng ban đầu của dầm và tháp

ki: Độ cứng của các tao cáp

P: Lực căng tổng cộng trong bó cáp

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Công trình Cầu Bính lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn 8

Hình 1.2: Mô hình căng cáp từng tao 9

Hình 1.3: Cấu tạo neo cáp tại phía dầm 11

Hình 1.4: Cấu tạo neo tại phía tháp 12

Hình 1.5: Hệ thống tời chuyên dụng của hãng VSL 12

Hình 1.6: Mô hình căng cắp từng tao áp dụng cho cầu Kiển 13

Hình 1.7a: Cuộn cáp 13

Hình 1.7b: Lắp đặt tao cáp vào con suốt 13

Hình 1.7c: Kéo con suốt đã gán tao cáp vào bó cáp văng 13

Hình 1.7d: Lắp đầu cáp phía dưới vào neo 13

Hình 1.8: Các nhân tố ảnh hưởng đến lực căng cáp 14

Hình 1.9: Mối quan hệ giữa lực căng tổng thể trong cáp văng 14

và số bó cáp được căng 14

Hình 1.10: Dùng kích có đồng hồ đo lực để căng tao cáp 15

Hình 1.11: Cấu tạo kích có đồng hồ đo lực 15

Hình 1.12: Thiết bị đo lực căng của hãng VSL 15

Hình 1.13: Cấu tạo tao cáp sử dụng cho cầu Bãi Cháy 20

Hình 1.14: Cấu tạo đầu neo cáp 20

Hình 1.15: Bảo vệ đầu neo trước khi lắp đặt 21

Hình 1.16: Cấu tạo đầu neo phía tháp và phía dầm 21

Hình 1.17: Cấu tảo lớp vở bảo vệ của bó cáp 22

Hình 1.18: Máy nối ống bảo vệ bó cáp 22

Hình 1.19: Chuẩn bị lắp đặt ống bảo vệ 22

Hình 1.20: Nâng lắp đặt ống bảo vệ bó cáp 23

Hình 1.21: Chuẩn bị các tao cáp 23

Hình 1.22: Con xuốt để lắp đặt tao cáp 23

Hình 1.23: Tời kéo phục vụ lắp đặt các tao cáp 24

Hình 1.24: Các đầu tao cáp được giữ chặt ở phía tháp 24

Hình 1.25: Đầu dưới của tao cáp được cắt bằng máy cắt 24

Hình 1.26: Đầu dưới của tao cáp được đưa vào ống giàn giáo 25

Hình 1.27: Các tao cáp được đặt vào neo dưới sẵn sàng cho việc căng kích 25

Hình 1.28: ISOTENSION Chair 25

Hình 1.29: Kích đơn 25

Hình 1.30: Trình tự căng cáp và giá trị lực căng của từng tao 25

Hình 1.31: Hệ thống ISOTENSION 25

Hình 1.32: Hệ thống ISOTENSION 26

Hình 1.33: Bảo vệ đầu neo 26

Hình 2.1: Một đơn vị đoạn cáp 29

Hình 2.2: Một đơn vị đoạn cáp trong hệ trục tọa độ 30

Hình 2.3: Một đoạn cáp có chiều dài L là tự căng T 32

Hình 2.4:Đoạn cáp có chiều dài L 32

Hình 2.5:Đoạn cáp bất kỳ 33

Hình 2.6: Một đoạn cáp có chiều dài L là tự căng T 34

Hình 2.7: Xét đoạn cáp AB chịu lực căng T 35

Hình 2.8: Một đoạn cáp có chiều dài L là tự căng T đặt nghiêng 37

(trọng lượng bản thân là w, chiếu lên AB là wn) 37

Hình 2.9: Mô hình dầm hẫng 38

Hình 2.10: Mô hình dầm hẫng và cáp đơn 39

Hình 2.11: Mô hình độ cứng tương đương của dây khi xét cho dầm 39

Hình 2.12: Mô hình lò xo tương đương để tính toán cho dầm 40

Hình 2.13: Mô hình giải bài toán lò xo lương đương 40

Hình 2.14: Mô hình dầm 41

Hình 2.15: Mô hình dầm có lực F tác dụng 42

Hình 2.16: Mô hình dầm có lực F và w tác dụng 42

Hình 2.17: Mô hình dầm thay thế lực F bằng gối đàn hồi 43

Hình 2.18: Mô hình độ cứng tương đương của dây khi xét cho dầm 46

Hình 2.19: Chiều dài đặc trưng của cáp 48

Hình 2.20: Mô hình dầm chịu tác dụng của b 49

Hình 2.21: Mô hình dầm chịu tác dụng của P 49

Hình 2.22: Xét cho ½ dầm 50

Hình 2.23: Mô hình phần tử dầm + cáp 50

Hình 2.24: Mô hình phần tử dầm + lò xo tương đương 51

Hình 2.25: Giao diện của chương trình tính toán căng cáp từng tao 59

Hình 2.26: Chi tiết mô đun file 59

Hình 2.27: Mô đun Data của chương trình căng cáp từng tao 59

Hình 2.28: Khai báo các thông số về tính chất vật liệu 60

Hình 2.29: Khai báo các thông số về tính chất của Cáp 61

Hình 2.30: Mô đun Analysis: Phân tích bài toán 61

Hình 2.31: Bảng kết quả của bài toán 62

Hình 3.1: Sơ đồ cầu Kiền 64

Hình 3.2: Bảng khai báo thông số vật liệu của cáp 65

Hình 3.3: Bảng khai báo thông số của cáp 66

Hình 3.4: Sơ đồ tính độ cứng ban đầu của kết cấu 66

Hình 3.5: Khi phân tích kết thúc 67

Hình 3.6: Kết quả của bài toán 67

Hình 3.7: Kết quả của bài toán khi chuyển sang File Excel 68

Hình 3.8: Bảng khai báo thông số vật liệu của cáp 68

Hình 3.9: Bảng khai báo thông số của cáp 69

Hình 3.10: Sơ đồ tính độ cứng ban đầu của kết cấu 69

Hình 3.11: Khi phân tích kết thúc 70

Hình 3.12: Kết quả của bài toán 70

Hình 3.13: Kết quả của bài toán khi chuyển sang File Excel 71

PHẦN MỞ ĐẦU

Công nghệ căng từng tao cáp đã được dụng ở Việt Nam với việc tính toán thi công căng cáp là do các nhà thầu nước ngoài thực hiện, vấn đề căng cáp từng tao vẫn là ẩn số chưa biết, do vậy việc nghiên cứu công nghệ và tính toán căng cáp là công việc cần thiết tạo điều kiện cho việc phát triển cầu, đặc biệt là cầu dây văng nhịp lớn

Với lực căng trong bó cáp đã được tính toán trong quá trình điều chỉnh nội lực theo từng giai đoạn thi công, tiến hành căng từng tao cáp, mỗi tao sẽ được căng đến một giá trị nào đó theo nguyên tắc lực căng trong từng tao cáp là bằng nhau Lực căng của cả bó cáp sau khi căng sẽ đạt giá trị đã được tính toán Xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tính toán căng cáp

Cùng với nhu cầu xây dựng ngày càng nhiều các công trình cầu lớn, thì cầu dây văng mà trong đó việc tính toán điều chỉnh dây giữ một vai trò mấu chốt trong công nghệ thi công NỘI DUNG BÁO CÁO NÀY tập trung nghiên cứu mô hình dây văng và giải bài toán tính toán căng cáp văng

Phương pháp nghiên cứu:

Dựa trên phương pháp phân tích lý thuyết, lập chương trình tính toán căng cáp văng theo công nghệ căng từng tao với mục tiêu đạt được là: Tổng lực căng trong bó cáp bằng lực căng yêu cầu, lực căng trong bó cáp là bằng nhau

Chương 1 Tổng quan về công nghệ căng cáp trong cầu dây văng

1.1 Khái niệm về công tác căng cáp cầu dây văng

Biện pháp căng cáp văng đã và đang được áp dụng trong cầu dây văng ở Việt Nam và các nước trên thế giới là:

Dạng 1: Lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn: Với các dây văng làm từ các bó cáp lớn như cáp cứng, cáp kín, cáp có sợi song song thường sử dụng hệ neo đúc, neo VSL, neo Freyssinet Đặc điểm của các bó lớn là neo được gắn liền vào hai đầu dây, nên chiều dài căng chỉnh nhỏ, việc tính toán chiều dài và cắt dây yêu cầu rất chính xác Bó dây lớn, chiều dài và trọng lượng lớn, dây lại

bị võng dưới tác dụng của trọng lượng bản thân

Các bó lớn như vậy thường được lắp đặt trên một hệ giàn giáo đặc biệt dọc theo tuyến dây Có thể làm hệ giàn giáo cứng hoặc giàn giáo treo bằng dây cáp, neo vào tháo cầu và dầm chủ dạng một thang dây Dựa vào giàn giáo, dùng một bộ tời và múp để lắp neo thứ nhất vào ổ trên, neo thứ hai được lắp vào ổ kia nhờ một bộ kích đặc biệt có khả năng túm và kéo dây để đưa neo vào ổ dưới Sau khi lắp xong các dây, dùng một hệ kích đặc biệt để căng điều chỉnh nội lực Tuỳ theo cấu tạo, việc hãm neo có thể thực hiện nhờ các con nêm hoặc

Hình 1.1: Công trình Cầu Bính lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn

Kết quả là đảm bảo trắc dọc hoặc biều đồ mô men hợp lý như mục tiêu của quá trình điều chỉnh nội lực

Dạng 2: Lắp đặt dây văng từ các tao cáp bẩy sợi (tao đơn)

Sử dụng tao cáp 7 sợi và dùng hệ neo kẹp ba mảnh hình nêm để cấu tạo nên các dây văng tạo thuận tiện cho việc lắp đặt dây văng

Mỗi bó dây gồm nhiều tao cáp 7 sợi đặt song song, mỗi tao được neo riêng vào một lỗ trong ổ neo, nên các tao cáp có thể lắp đặt riêng từng sợi Mỗi tao cáp gồm 7 sợi nhỏ, trọng lượng nhẹ nên có thể lắp trực tiếp không cần giàn giáo, hơn nữa đối với hệ neo kẹp thì không cần chế tạo đầu neo trước ở hai đầu, nên dây không cần cắt chính xác mà có thể cắt dài tuỳ ý, do đó việc xỏ dây có

độ dài lớn qua neo rất đơn giản

Các tao cáp được lắp từng sợi một, thông thường lắp đầu trên trước, đầu dưới sau, lắp xong tao nào tiến hành căng sơ chỉnh và đóng neo tao đó Khi căng các tao sau cần xét ảnh hưởng mất mát ứng suất cuả các tao trước nhằm tạo lực căng đồng đều trong các tao Sau khi căng tất cả căng tao việc vi chỉnh được tiến hành bằng cách căng cả bó

Việc khống chế lực căng từng tao và tạo lực đồng đều trong các sợi có thể áp dụng công nghệ căng đơn của Freyssinet

Lực căng từng tao và từng bó cần theo đúng chỉ dẫn của thiết kế (Báo cáo nàysẽ tập trung nghiên cứu tính toán thiết kế lực căng của từng tao)

Việc khống chế lực căng thực tế trong các bó cáp được thực hiện bằng nhiều cách để kiểm tra kết quả của nhau Các biện pháp định lượng lực căng có thể như sau: Theo chỉ số lực trên kích, độ dãn dài của bó cáp khi căng, gắn sensor đo lực bó dây

Các sensor có thể thông báo kết quả của sự thay đổi nội lực của các bó kéo trước khi căng các bó sau, đồng thời cũng cho biết sự thay đổi nội lực trong từng dây khi căng điều chỉnh nội lực

Hình 1.2: Mô hình căng cáp từng tao

đến một giá trị nào đó theo nguyên tắc lực căng trong từng tao cáp là bằng nhau Lực căng của cả bó cáp sau khi căng sẽ đạt giá trị đã được tính toán

1.2 Một số công nghệ căng cáp trong các cầu dây văng ở Việt Nam

1.2.1 Công nghệ căng cáp văng cầu Kiền

1.2.1.1 Vị trí

Cầu Kiền, lý trình Km20+1,986, nằm trên Quốc lộ 10, thuộc đoạn Ninh Bình đến Bí Chợ, vượt qua sông Cấm, thuộc thành phố Hải Phòng

1.2.1.2 Tiêu chuẩn Kỹ thuật

Cầu được thiết kế vĩnh cửu theo tiêu chuẩn AASHTO 1996

Dầm liên tục 3 nhịp, bố trí 2 mặt phẳng dây văng Dầm dạng hộp 3 khoang Tại

mặt cắt trụ có tổng chiều rộng là 15,1m Tại mặt cắt giữa nhịp là 16,7m

Trụ tháp:

Gồm hai trụ tháp có chiều cao tính từ đáy kết cấu nhịp là 51,5m, tính từ mặt cắt bệ móng là 79,5m Trụ tháp bằng BTCT có phần từ đỉnh bệ móng đến đáy kết cấu nhịp dạng đặc Phần trên được chia làm 2 nhánh để neo mặt phẳng cáp, mỗi nhánh rộng 2m theo phương ngang cầu, 2,5m theo phương dọc cầu, cách nhau 8m tại vị trí đỉnh tháp Hai nhánh được liên kết với nhau bằng một dầm ngang có chiều rộng là 10,55m

Trụ tháp đặt trên bệ móng có kích thước 26x20,5x4,5 (m) đặt trên 20 cọc khoan nhồi L = 30,5m có đường kính D = 2m

Dây văng

Dõy văng sử dụng loại bú cỏp gồm cỏc tao 15,2mm của hóng VSL, gồm

36 dõy được bố trớ thành 2 mặt phẳng dàn dõy dạng hỗn hợp

Khoảng cỏch giữa cỏc đầu neo trờn tại vị trớ trụ thỏp là 4m và tại vị trớ liờn kết với dầm ở nhịp biờn là 8,5m và ở nhịp giữa là 10m

1.2.1.4 Cụng nghệ căng cỏp văng

Cầu Kiền sử dụng cỏp và hệ thống ống cỏp của VSL cho cỏc dõy văng

Đặc điểm của hệ thống cỏp VSL là:

Cường độ của 2x106 vũng là 200 MPa với 45% GUTS, cường độ tới hạn là 95% GUTS Cỏc tao cỏp được bọc kớn

Cỏc ưu điểm chớnh là: Cỏc tao cỏp cú thể được thay thế riờng rẽ hoặc toàn bộ

bú Neo được chế tạo sẵn và cố định trước Tối ưu hoỏ tao cỏp bởi căng, lắp đặt tao cỏp Hệ thống cỏp cú sử dụng hệ thống giảm chấn

Cấu tạo đầu cỏp phớa nhịp và phớa thỏp như hỡnh vẽ:

Nắp bảo vệ

ống nối HDPE với mặt cầu

Đầu neo được lắp

với đai ngoài

Nộp chuyển đổi với ống nối dài và được bịt kín riêng L= 150 mm

ống dẫn được mạ kẽm

Bộ chuyển hướng

ống hình côn

Các tao cáp được bọc vỏ PE và

Nắp bảo vệ

Bản đệm

ống co giãn với mặt bích

Đầu neo được lắp

với đai ngoài

Nộp chuyển đổi với ống nối dài và được bịt kín riêng L= 500 hoặc 700 mm

ống dẫn được mạ kẽm

Bộ chuyển hướng

Vòng nối tháp

Các tao cáp được bọc vỏ PE và

Hình 1.6: Mô hình căng cắp từng tao áp dụng cho cầu Kiển

- Kéo cáp và lắp đặt hệ neo:

Hình 1.7c: Kéo con suốt đã gán tao

Hỡnh 1.8: Cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến lực căng cỏp

- Mối quan hệ giữa lực căng tổng thể trong cỏp và số bú cỏp được căng:

Mục tiờu của quỏ trỡnh căng từng tao cỏp là lực căng trong cỏc tao cỏp bằng nhau và lực căng của cả bú cỏp phải đạt giỏ trị tớnh toỏn trong quỏ trỡnh điều chỉnh nội lực

Hỡnh 1.9: Mối quan hệ giữa lực căng tổng thể trong cỏp văng

20 30 40 50 60

Kết qua cuối cùng

Sai số đạt được ngoài hiện trường

là +/- 0.5% khi hoàn thành

Hình 1.10: Dùng kích có đồng hồ đo lực để căng tao cáp

- Thiết bị căng cáp có đo lực căng của tao đang căng:

Hình 1.11: Cấu tạo kích có đồng hồ đo lực

- Thiết bị đo và căng từng tao tự động:

1.2.2 Công nghệ căng cáp văng cầu Bính

1.2.2.1 Vị trí

Cầu Bính nằm ở sông Cấm cách phà Bính 1km về phía thượng lưu, phía Nam nối với đường quốc lộ 5, phía Bắc nối với quốc lộ 10 thuộc thành phố Hải Phòng

1.2.2.2 Tiêu chuẩn Kỹ thuật

Cầu được thiết kế vĩnh cửu theo bộ Tiêu chuẩn riêng dựa trên:

Tiêu chuẩn Phần Lan

Tiêu chuẩn AASHTO

Tiêu chuẩn Nhật Bản

Tải trọng thiết kế : - Tải trọng trục 210 KN

- Tải trọng rải đều 3 KN/m2

Khổ cầu: 22,5m (15m đường xe chạy)

Độ dốc dọc: 4%; Đường cong đứng R=4000m

Độ dốc ngang: 2%, Đường cong nằm R=3500m

Khổ thông thuyền: 25x125m; Mực nước thiết kế: 2,11m

Dầm liên tục, bố trí 2 mặt phẳng dây văng Dầm thép I liên hợp cao 1,75m, gồm

2 dầm chủ với khoảng cách các dầm là 20,5m đối với nhịp giữa và 18,5m đối với nhịp biên

Trụ tháp

Gồm hai trụ tháp có chiều cao tính từ đáy kết cấu nhịp là 77,622m, tính

từ mặt cắt bệ móng là 101,6m Trụ tháp bằng BTCT có phần từ đỉnh bệ móng đến đỉnh kết cấu nhịp dạng đặc Phần trên được chia làm 2 nhánh để neo mặt phẳng cáp, mỗi nhánh rộng 3m theo phương ngang cầu, 2,5m theo phương dọc cầu, cách nhau 8,18 m tại vị trí đỉnh tháp Hai nhánh được liên kết với nhau bằng một dầm ngang có chiều rộng trung bình là 8,104m

Trụ tháp đặt trên bệ móng có kích thước 44,834x17,5x5,5 (m) đặt trên 29 cọc khoan nhồi L = 42,6 và 43,6m có đường kính D = 2m

Dây văng

Dây văng sử dụng loại bó cáp song song gồm các sợi thép cường độ cao

7mm (số sợi thép từ 85~241), gồm 40 dây được bố trí thành 2 mặt phẳng dàn dây

Khoảng cách giữa các đầu neo trên tại vị trí trụ tháp là 3,62m và tại vị trí liên kết với dầm ở nhịp biên 4~12m và ở nhịp giữa là 12m

1.2.2.4 Công nghệ căng cáp

Công nghê lắp đặt và căng cáp Cầu Bính là: Lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn: Với các dây văng làm từ các bó cáp kín sử dụng hệ neo đúc Đặc điểm của các bó lớn là neo được gắn liền vào hai đầu dây, nên chiều dài căng chỉnh nhỏ, việc tính toán chiều dài và cắt dây yêu cầu rất chính xác Bó dây lớn, chiều dài

và trọng lượng lớn, dây lại bị võng dưới tác dụng của trọng lượng bản thân Các bó lớn như vậy thường được lắp đặt trên một hệ giàn giáo đặc biệt dọc theo tuyến dây Có thể làm hệ giàn giáo cứng hoặc giàn giáo treo bằng dây cáp, neo vào tháo cầu và dầm chủ dạng một thang dây Dựa vào giàn giáo, dùng một

bộ tời và múp để lắp neo thứ nhất vào ổ trên, neo thứ hai được lắp vào ổ kia nhờ một bộ kích đặc biệt có khả năng túm và kéo dây để đưa neo vào ổ dưới

Sau khi lắp xong các dây, dùng một hệ kích đặc biệt để căng điều chỉnh nội lực Tuỳ theo cấu tạo, việc hãm neo có thể thực hiện nhờ các con nêm hoặc ốc hãm

Trường hợp lắp các dây văng lớn và dài, để giảm độ võng của dây cáp giàn giáo, có thể bố trí thêm các trụ đỡ dọc theo tuyến của giàn giáo treo

Việc chế tạo sẵn các bó cáp có chiều dài được tính toán trước trong quá trình thiết kế điều chỉnh nội lực Với chiều dài định được tính toán trước như vậy, khi thi công đảm bảo độ chính xác thì lực căng trong các bó cáp sẽ đúng với thiết

kế

Kết quả là đảm bảo trắc dọc hoặc biều đồ mô men hợp lý như mục tiêu của quá trình điều chỉnh nội lực

Trong trường hợp này việc tính toán căng cáp chính là kết quả của quá trình tính toán điều chỉnh nội lực

1.2.3 Công nghệ căng cáp văng cầu Bãi Cháy

1.2.3.1 Vị trí

Cầu dây văng Bãi Cháy thuộc gói thầu BC2 của dự án xây dựng cầu Bãi Cháy bắc qua eo Cửa Lục nằm chính giữa Quốc lộ 18 nối liền thủ đô Hà Nội với khu vực Đông Bắc của đất nước, bắt đầu từ sân bay quốc tế Nội Bài

và kết thúc tại Bắc Luân gần cửa khẩu Trung Quốc Cầu Bãi Cháy thuộc thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh với thời gian xây dựng từ tháng 8/2003 đến tháng 9/2006

1.2.3.2 Tiêu chuẩn Kỹ thuật

Cầu được thiết kế vĩnh cửu theo tiêu chuẩn JBHB-96 cùng với phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn

Cầu được thiết kế với cấp đường đô thị loại II (vận tốc 80km/h) Khổ cầu 2x8,0 + 2x2,5m

Cầu có độ dốc dọc là 4%, bán kính cong trên mặt bằng R =  Độ dốc ngang cầu là 2%

Khổ thông thuyền B xH = 50x200m tính từ mực nước biển cao nhất Tuổi thọ thiết kế của công trình là 100 năm

1.2.3.3 Phương án kết cấu

Cầu có tổng chiều dài 903m với chiều dài phần dầm là 902,5m

Cầu chính có sơ đồ: (35,0 + 86,0 + 129,5 + 435,0 + 129,5 + 86,0)m gồm 6 nhịp liên tục, gồm 2 trụ tháp

Dầm chủ:

Dầm chủ liên tục 6 nhịp, bố trí 1 mặt phẳng dây văng Dầm chủ bằng BTCT DƯL dạng 1 hộp đơn hình thang ngược có cánh hẫng dài 5,25m, thành hộp dày 350mm nghiêng góc 45o theo phương nằm ngang, bản đáy hộp dày 200mm Dầm chủ nối cứng với trụ tháp

Dầm chủ có hai ống thép tăng cường được neo với bản sườn dầm chủ bằng các thanh cốt thép DƯL D=26mm Mặt cắt ngang thay đổi: tại vị trí có neo cáp dây văng có dạng ống hình vuông kích thước 250x250x16mm bên trong bố trí cốt thép DƯL loại 12S15,2; tại các vị trí khác có dạng ống hình tròn D267x9mm

Dầm ngang tại khối đỉnh trụ P2 và P5 có chiều dài theo phương dọc cầu 2,5m

Trụ tháp

Gồm hai trụ tháp bằng BTCT DƯL có chiều cao tính từ mặt dầm chủ là 90m, tính từ mặt cắt bệ móng là 114,145m Phần tháp dạng cột đơn lòng rỗng có kích thước theo phương ngang cầu là 3m và theo phương dọc cầu thay đổi từ 6,7m đến 5,2m Phần trụ dạng hình bát giác có vát góc kích thước 8x8m Trên phần thân trụ tháp cao 5m tính từ mặt dầm chủ có lớp vỏ bằng thép để bảo vệ bê tông trụ tháp tránh bị bong vỡ dưới tác dụng của tải trọng tai biến do xe cộ Trụ tháp P3 đặt trên móng giếng chìm hơi ép có kích thước 22x18x12m Trụ tháp P4 đặt trên móng giếng chìm hơi ép có kích thước 19x17x26m

Dây văng

Dây văng sử dụng loại bó cáp tao đơn đặt trong ống nén của hãng Freyssinet, gồm 28 cặp dây văng được bố trí thành 1 mặt phẳng dàn dây dạng rẻ quạt đối xứng từ mỗi trụ tháp Số lượng các bó cáp thay đổi từ 35 đến 71 tao loại 15,7mm

Khoảng cách giữa các đầu neo trên tại vị trí trụ tháp là 1,75m và tại vị trí liên kết với 6,5m

Trụ P2: chiều cao 41m tính từ đỉnh giếng chìm Móng giếng chìm có kích thước 11,5x6x12m Trên đỉnh trụ có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và thiết bị chống phản lực âm

Trụ P5: chiều cao 3m tính từ đỉnh bệ móng có kích thước 16x4,2m Đặt trên móng cọc Shin-so D = 3m với 1 cọc L = 9,0m và 2 cọc L = 10m Trên đỉnh trụ có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và thiết bị chống phản lực âm

Trụ P6A: thân trụ 8,9x3x11m tính từ đỉnh bệ móng có kích thước 16x2,5m Đặt trên móng cọc Shin-so D = 3m với 3 cọc L = 10,5m Trên đỉnh trụ

có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và thiết bị chống phản lực âm Trên đỉnh trụ đặt kết cấu nhịp của cầu dây văng (về phía Bãi Cháy) và kết cấu nhịp của cầu dẫn số 5 (về phía Hòn Gai)

1.2.3.4 Cụng nghệ lắp đặt và căng cỏp Cầu Bói Chỏy – Quảng Ninh

- Tao cỏp được sử dụng: cường độ chịu kộo tới hạn:GUTS tiờu chuẩn = 1770MPa, GUTS đặc biệt =1860 MPa

Hỡnh 1.13: Cấu tạo tao cỏp sử dụng cho cầu Bói Chỏy

12 đến 300 tao cáp

đoạn giảm ứng suất do uốn

Hình 1.15: Bảo vệ đầu neo trước khi lắp đặt

- Phạm vi neo ở tháp và mặt cầu:

Hình 1.16: Cấu tạo đầu neo phía tháp và phía dầm

- Vỏ bảo vệ:

Hình 1.17: Cấu tảo lớp vở bảo vệ của bó cáp

Hình 1.20: Nâng lắp đặt ống bảo vệ bó cáp

+ Lắp đặt từng tao một

tao cáp

Hình 1.23: Tời kéo phục vụ lắp đặt các tao cáp

Hình 1.26: Đầu dưới của tao cáp được

đưa vào ống giàn giáo

Hình 1.27: Các tao cáp được đặt vào neo dưới sẵn sàng cho việc căng kích

Hình 1.28: ISOTENSION Chair

Hình 1.29: Kích đơn

Hình 1.32: Hệ thống ISOTENSION

+ Hoàn thiện: Bọc vỏ thép và phun sáp để bảo vệ ăn mòn cho neo

Hình 1.33: Bảo vệ đầu neo

1.3 Một số nhận xét

Với việc giới thiệu một số công trình ta thấy công việc căng cáp dây văng

có 2 dạng chính, đó là: Sản xuất trước các bó cáp PWS có chiều dài theo tính toán điều chỉnh nội lực, sau đó tiến hành lắp đặt ngoài hiện trường (Cầu Bính),

và dạng thứ hai là thi công lắp đặt từng tao cáp để tạo thành dây cáp kiểu PSS (Cầu Kiền, cầu Bãi Cháy, Cầu Mỹ Thuận…) Dạng thứ nhất là cáp PWS thì công tác thi công là chế tạo sẵn các bó cáp có chiều dài được tính toán trước trong quá trình thiết kế điều chỉnh nội lực Với chiều dài định được tính toán trước như vậy, khi thi công đảm bảo độ chính xác thì lực căng trong các bó cáp

sẽ đúng với thiết kế Nhược điểm chính của phương pháp này là chiều dài bó cáp phải định trước, do vậy việc thi công cầu là phải đảm bảo chính xác tuyệt đối, nếu có sai sót trong quá trình thi công thì không thể chỉnh sửa được Hơn nữa khi nhịp lớn, dây văng sẽ có kích thước và trọng lượng lớn do vậy việc thi công là rất khó khăn Dạng thứ hai là PSS sử dụng tao cáp bẩy sợi và dùng hệ neo kẹp ba mảnh hình nêm để cấu tạo nên các dây văng tạo thuận tiện cho việc lắp đặt dây văng

Mỗi bó dây gồm nhiều tao cáp 7 sợi đặt song song, mỗi tao được neo riêng vào một lỗ trong ổ neo, nên các tao cáp có thể lắp đặt riêng từng sợi Mỗi tao cáp gồm 7 sợi nhỏ, trọng lượng nhẹ nên có thể lắp trực tiếp không cần giàn giáo, hơn nữa đối với hệ neo kẹp thì không cần chế tạo đầu neo trước ở hai đầu, nên dây không cần cắt chính xác mà có thể cắt dài tuỳ ý, do đó việc xỏ dây có

độ dài lớn qua neo rất đơn giản

Các tao cáp được lắp từng sợi một, thông thường lắp đầu trên trước, đầu dưới sau, lắp xong tao nào tiến hành căng sơ chỉnh và đóng neo tao đó Khi căng các tao sau cần xét ảnh hưởng mất mát ứng suất của các tao trước nhằm tạo lực căng đồng đều trong các tao Sau khi căng tất cả căng tao việc vi chỉnh được tiến hành bằng cách căng cả bó

Việc khống chế lực căng từng tao và tạo lực đồng đều trong các sợi có thể áp dụng công nghệ căng đơn của Freyssinet

Việc khống chế lực căng thực tế trong các bó cáp được thực hiện bằng nhiều cách để kiểm tra kết quả của nhau Các biện pháp định lượng lực căng có thể như sau: Theo chỉ số lực trên kích, độ dãn dài của bó cáp khi căng, gắn sensor đo lực bó dây

Các sensor có thể thông báo kết quả của sự thay đổi nội lực của các bó kéo trước khi căng các bó sau, đồng thời cũng cho biết sự thay đổi nội lực trong từng dây khi căng điều chỉnh nội lực

Với lực căng trong bó cáp đã được tính toán trong quá trình điều chỉnh nội lực theo từng giai đoạn thi công, tiến hành căng từng tao cáp, mỗi tao sẽ được căng đến một giá trị nào đó theo nguyên tắc lực căng trong từng tao cáp là bằng nhau Lực căng của cả bó cáp sau khi căng sẽ đạt giá trị đã được tính toán Công nghệ căng từng tao cáp PSS đã được dụng ở Việt Nam với việc tính toán thi công căng cáp là do các nhà thầu nước ngoài thực hiện, vấn đề căng cáp từng tao vẫn là ẩn số chưa biết, do vậy việc nghiên cứu công nghệ và tính toán

căng cáp là công việc cần thiết tạo điều kiện cho việc phát triển cầu, đặc biệt là cầu dây văng nhịp lớn

cầu dây văng

2.1 Giới thiệu bài toán

Công tác thiết kế công trình cầu dây văng bao gồm nhiều công việc tính toán khác nhau Một trong các công việc đó là tính toán điều chỉnh nội lực trong quá trình thi công để đảm bảo các yêu cầu hoặc là về nội lực hoặc là về hình dạng Kết quả của bài toán điều chỉnh nội lực là lực căng tổng thể trong một dây văng Với công nghệ chế tạo sẵn các dây văng có chiều dài định trước thì với lực căng thiết kế đó sẽ có chiều dài dây căng tương ứng

Với công nghệ căng từng tao cáp thì với lực căng cuối cùng của dây văng

sẽ tính toán ra lực căng của từng tao ứng với mỗi lần căng để đạt được lực căng cuối cùng trong dây văng bằng lực căng tính toán

Nguyên lý của bài toán là căng dây đầu với một giá trị, căng dây thứ hai với lực căng sao cho đảm bảo lực căng trong hai dây là bằng nhau, tiếp theo là dây thứ ba tiến hành căng để lực căng trong ba tao cáp bằng nhau Đương nhiên

là lực căng trong các tao đã được căng trước sẽ giảm dần khi căng các tao tiếp theo

Cứ như vậy khi căng đến dây thứ n thì toàn bộ lực căng trong các tao cáp

sẽ bằng nhau và bằng giá trị lực căng cuối cùng trong dây văng đó

Trong quá trình tính toán thì các nhân tố ảnh hưởng đến kết quả tính đó là:

Độ cứng của tháp và dầm, độ chùng của dây, ảnh hưởng của nhiệt độ và ảnh hưởng của gió trong quá trình thi công

2.2 Phân tích ứng xử tổng thể của dây văng

Cầu dây văng và cầu treo dây võng là hệ thống cáp kết cùng hệ dầm hoặc

hệ dàn Phân tích và thiết kế các hệ thống cáp là một chủ đề phức tạp Các cáp riêng lẻ có độ cứng tương đương không tuyến tính Hơn nữa, sự tương tác giữa các cáp phải được đề cập đến Độ cứng của dầm và tháp trong quá trình căng kéo cáp sẽ thay đổi Để có thể phân tích và thiết kế các kết cấu dùng hệ cáp, chúng ta xem xét một số các ứng xử của cáp trong quá trình tính toán

2.2.1 Phương trình của 1 cáp đơn

2.2.1.1 Các phương trình cân bằng

Xét 1 phần tử cáp có chiều dài theo phương x là x, trọng lượng là w, lực ngang tác dụng là bx

Lực căng cáp tại 1 đầu cáp là T, đầu kia sẽ có là T T x

Ta có phương trình cân bằng theo các phương là:

F x= TcosTcosTcosxb xx0 (2-1)

Với trọng lượng bản thân

 = trọng lượng cáp / chiều dài đơn vị

Ta biết rằng

2

1

1 1



Nên ta nhận được

2 2

Xét một phần tử cáp có trọng lượng riêng là, đặt trong tọa độ x0y,

Hình 2.2: Một đơn vị đoạn cáp trong hệ trục tọa độ

Các điều kiện biên

dv d v dp p

e e e

v H

w x

2

1

wx x

C C

Với các điều kiện biên là x = x1 v = v1

x = x2 v = v2

2.2.1.3 Các ví dụ tiếp theo: Tìm dạng phương trình đường cong của cáp

2 2

x w H x

H

wL v

8 0

Điểm 2 tại x = L tại v2 = vL

wL Hv

x H

wL v L

x x

2 2

Biến dạng của dây cung (2-43) là dạng phương trình thể hiện đường cong của cáp với trọng lượng bản thân w, lực căng T (H là hình chiếu của T lên mặt bằng) chiều dài của cáp theo hình chiếu bằng là L

2.2.1.4 Các quan hệ hình học – Chiều dài cong

1

2 / 1 2

s

s x

x

v ds

Đơn giản hóa (v,x)2 small wrt 1

1cos 

T

Xem xét cáp trong ví dụ 1:

Hình 2.6: Một đoạn cáp có chiều dài L là tự căng T

2 /

1

x H

wL x

1 2 /

2 8 ,

2

L L

x H

wL

x T

w H

/ 1 2

2

1 1 ,

wx s

2 / 0 3 2

6

1 2

L

x H

w x

1 2 2

6

1 2 2

3 2 3

2

L H

w L

L H

w L

24

1

L H

w L

so = chiều dài ban đầu

Với A là diện tích của cáp

E là mô đun đàn hồi của vật liệu làm cáp

0

AE

T s

AE

T s

s s

24

1 1

H

w L

L H w

L s

1 24

2.2.1.5 Độ cứng tiếp tuyến tương đương

Hình 2.7: Xét đoạn cáp AB chịu lực căng T ( trường hợp không kể đến trọng lượng bản thân và có kể đến trọng lượng bản thân)

- Cáp AB giả thiết có chiều dài ban đầu là L0

- Lực căng tác dụng là T, và gây ra chuyển vị ở đầu là u2 u2 là một hàm của T

24 2

1 2

3 0 2 2

2 /

0 2

L T

w dx x T

w u

2 1

24

1

T

wL AE

T L u u

- Số gia cho T bởi một lượng T

- Nhận được sự thay đổi tương ứng của ub

24

1

T T

wL AE

T T L u

Với T nhỏ so với T

T T

24

1 1

T

wL AE

L T

u B

(2-72)

dT T

wL AE

24

1 1

1

/ 1 1 12

B

B

dT du k du f

AE L k

wL AE