báo cáo khoa học về nghiên cứu một số phương pháp và lựa chọn công nghệ thi công cầu dây văng
Trang 1NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU DÂY VĂNG
STUDY ON SOME CONSTRUCTION METHOD AND CHOSING
ERECTION TECHNOLOGY FOR CABLE STAYED BRIDGE
NHÓM SVTH: BÙI THỊ XUÂN PHƯỢNG, NGUYỄN HỮU PHÚ, PHẠM VĂN PHONG
Lớp 05XC1, 05XC2 Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng
GVHD: BẠCH QUỐC SĨ
Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Đề tài mô tả đặc điểm và trình bày một số phương pháp thi công cầu dây văng, qua đó đề xuất cách lựa chọn công nghệ thi công loại kết cấu này
ABSTRACT
The document describe features and show some construction method for cable stayed bridge,
by the way have comments for chosing erection technology
1 Mở đầu
Cầu dây văng là một kết cấu siêu tĩnh bậc cao, có dầm cứng bằng BTCT hoặc bằng thép được kê trên các gối cứng ở mố trụ và các gối đàn hồi là các điểm treo của dây văng, đầu còn lại của dây văng được liên kết vào đỉnh trụ tháp
Cầu dây văng là loại cầu có kiểu dáng kiến trúc thanh mãnh, tính thẩm mỹ cao Bên cạnh
đó loại kết cấu này có khả năng vượt nhịp lớn và tính kinh tế - kỹ thuật
Từ chiếc cầu đầu tiên, cầu Stromsund được xây dựng ở Thụy Điển năm 1955, đến nay cầu dây văng được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới và đạt được các thành tựu rực rỡ Hiện đã thống kê được trên 600 cầu dây văng và số lượng này ngày càng tăng thêm nhanh chóng
Ở nước ta, việc áp dụng kết cấu cầu dây văng trong lĩnh vực xây dựng cầu còn rất hạn chế Tuy nhiên trong khoảng 10 năm trở lại đây, với yêu cầu thực tiễn trong công tác xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính chúng ta đã tiếp cận và dần làm chủ công nghệ thiết kế và thi công
Hình 1.1: Cầu Mỹ thuận, Vĩnh Long, 2000 Hình 1.2: Thi công cầu Kiền, Hải Phòng, 2002
Trang 22 Thi công cầu dây văng
2.1 Thi công dầm chủ theo phương pháp đúc hẫng
Phương pháp đúc hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dần từng đốt theo sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành các kết cấu nhịp cầu hoàn chỉnh bằng cách đúc các đốt dầm tại vị trí nhịp cầu trên hệ ván khuôn đã được lắp đặt trước
Qui trình công nghệ thi công dầm chủ theo phương pháp đúc hẫng (hình 2.1) được thực hiện như sau:
- Lắp hệ đà giáo mở rộng trụ
tháp để đúc khối dầm tại vị trí
trụ (khối K0), bảo dưỡng để
bêtông đạt cường độ yêu cầu
- Căng các dây văng để giữ các
khối đúc K0
- Lắp đặt xe đúc hẫng, điều
chỉnh vị trí, cao độ và neo cố
vào khối vừa đúc
- Lắp đặt ván khuôn cốt thép,
đúc khối tiếp theo, bảo dưỡng
bêtông
- Căng dây văng
- Tháo ván khuôn, di chuyển xe
đúc đến vị trí mới
Hình 2.1: Sơ đồ thi công theo phương pháp đúc hẫng a) Đúc đốt K0 b) Đúc đốt kế tiếp
2.2 Thi công dầm chủ theo phương pháp lắp hẫng
Phương pháp lắp hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dần từng đốt theo sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành các kết cấu nhịp cầu hoàn chỉnh bằng cách lắp các đốt dầm đã được chế tạo sẵn tại vị trí nhịp cầu
Hình 2.2 là sơ đồ mô tả quá thi công lắp hẫng đốt dầm thứ N cho cầu treo dây văng có dầm chủ bằng thép nối Hong Kong và ShenZhen được khởi công từ 7-2004 và hoàn thành 12-2005
Nâng đốt dầm từ xà lan
Hàn đốt dầm thứ N với
đốt dầm thứ (N-1) theo chu
vi của tiết diện hộ
Kiểm tra mối hàn
Tạo lực nén trước ở bản mặt cầu
Lắp đặt và căng cáp nhịp chính (giai đoạn 1:
80%)
Lắp đặt và căng cáp nhịp biên (căng 1 lần:
100%)
, , Thực hiện mối hàn giữa hai đốt N và (N-1) ở phía trong
3a 3a 3a
2c
2b 2a
1c
1b
1a
Trang 3Giải phóng giâ nđng vă
di chuyển đến vị trí mới.
Căng câp nhịp chính (giai đoạn 2: 100%) thực hiện Kiểm tra lại công tâc đê
Giải phóng lực nĩn trước ở bản mặt cầu
Hình 2.2: Sơ đồ mô tả quâ thi công lắp hẫng đốt dầm thứ N
2.3 Thi công dầm chủ theo phương phâp lao kĩo dọc
Phương phâp lao kĩo dọc dầm chủ lă phương phâp lao dầm bằng câch lao kĩo dọc dầm chủ
đê được lắp râp trín bêi đầu cầu ra phía sông để đặt trín mố trụ Trong quâ trình lao dọc, dầm được kí trín câc trụ tạm nhằm lăm giảm độ võng vă nội lực trong dầm trong quâ trình thi công (hình 2.3) Dđy câp văng được lắp văo dầm vă thâp, sau đó tiến hănh căng câc dđy văng
Dây cáp văng đã căng
Dây cáp văng chưa căng
Trụ tạm
Hình 2.3: Sơ đồ thi công dầm chủ theo phương phâp lao kĩo dọc
2.4 Thi công dầm chủ theo phương phâp sử dụng dđy thiín tuyến
Phương phâp lao dầm sử dụng dđy thiín tuyến thường được âp dụng nơi có địa hình phức tạp, sông sđu Dđy thiín tuyến được vắt qua đỉnh thâp vă được neo hai đầu ở phía câc mố cầu Trín dđy thiín tuyến có gắn con trượt Con trượt có nhiệm vụ nđng dầm khi dầm được kĩo ra phía sông bởi tời kĩo (hình 2.4)
Trụ tạm
tời kéo
con trượt
dây hãm dây thiên tuyến
Hình 2.4: Sơ đồ thi công dầm chủ theo phương phâp sử dụng dđy thiín tuyến
3 Điều chỉnh lực căng dđy câp văng trong thi công cầu dđy văng
3.1 Đặc điểm chịu lực trong cầu dđy văng
Trong cầu treo dđy văng, câc bộ phận chịu lực chính (thâp, dầm chủ vă câp văng) liín kết
6b
6a
5
4
Trang 4số gối cứng (đặt tại câc mố trụ) Trong quâ trình thi công, dầm chủ bị võng dưới tâc dụng của tĩnh tải Độ võng do tĩnh tải sẽ lăm sai lệch trắc dọc thiết kế vă có thể gđy ra mô men uốn bất lợi trong dầm chủ Vì vậy đối với cầu treo dđy văng cần tiến hănh căng câc dđy câp văng nhằm điều chỉnh nội lực vă chuyển vị cho dầm chủ
Có nhiều biện phâp vă công nghệ điều chỉnh khâc nhau để đạt được hoặc lă biểu đồ biến dạng hoặc biểu đồ nội lực hợp lý hoặc cả hai Hình 3.1 thể hiện kết qủa điều chỉnh lực căng trong dđy câp văng để đạt được hai mục tiíu khâc nhau trong cầu dđy văng ở trạng thâi hoăn chỉnh
3.2 Xâc định lực căng trong dđy câp văng
Phương trình xâc định lực căng trong dđy câp văng khi mục tiíu điều chỉnh lă mômen uốn tại câc nút treo dđy được viết như sau:
M Xi MP M
Trong đó:
M : lă ma trận ảnh hưởng mô men uốn Phần tử i m lă mômen uốn tại nút i do lực căng ij
dđy đơn vị tại nút j gđy ra
X : lă lă vĩctơ ẩn lực trong câc dđy văng
MP : lă vĩctơ mô men uốn do trọng lượng kết cấu vă câc ảnh hưởng thứ cấp gđy ra
trong hệ ở trạng thâi hoăn chỉnh
M : lă vĩctơ mômen uốn của hệ cần đạt được sau điều chỉnh
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
1/2 BIỂU ĐỒ ĐỘ VÕNG DẦM CHỦ
Ở TRẠNG THÁI HOÀN CHỈNH
1/2 BIỂU ĐỒ MÔMEN UỐN DẦM CHỦ
Ở TRẠNG THÁI HOÀN CHỈNH
Hình 4.1: Nội lực vă biến dạng ở trạng thâi hoăn chỉnh
Phương trình xâc định lực căng trong dđy câp văng khi mục tiíu điều chỉnh lă chuyển tại câc nút treo dđy được viết như sau:
Y Xi YP Y
Trong đó:
Y : i lă ma trận ảnh hưởng độ võng của dầm Phần tử y lă độ võng tại nút i do lực căng ij
dđy đơn vị tại nút j gđy ra
X : lă lă vĩctơ ẩn lực trong câc dđy văng
Y : P lă vĩctơ độ võng do trọng lượng kết cấu vă câc ảnh hưởng thứ cấp gđy ra trong hệ
ở trạng thâi hoăn chỉnh
Y : lă vĩctơ độ võng của hệ cần đạt được sau điều chỉnh
Trang 54 Nhận xét, kết luận
4.1 Đặc điểm cầu dây văng
- Cầu dây văng là kết cấu có nhiều ưu điểm nổi trội về kiểu dáng kiến trúc, khả năng vượt nhịp lớn và tính kinh tế kỹ thuật cao
- Cầu dây văng là loại kết cấu còn mới lạ trong thực tiễn áp dụng tại nước ta, tuy nhiên trong khoảng 10 năm trở lại đây loại kết cấu này đã được quan tâm nhiều trong ngành xây dựng cầu
4.2 Công nghệ thi công cầu dây văng
- Công nghệ thi công cầu dây văng cũng rất đa dạng
- Các công nghệ thi công cầu dây văng bao gồm:
+ Công nghệ thi công hẫng
+ Công nghệ thi công trên đà giáo - trụ tạm
+ Công nghệ thi công sử dụng hệ dây thiên tuyến
- Lựa chọn công nghệ thi công cầu dây văng phù hợp phụ thuộc vào trình độ công nghệ thi công tại địa phương, địa hình thi công và vật liệu xây dựng cầu
4.3 Điều chỉnh lực căng dây cáp văng trong thi công: Điều chỉnh lực căng trong dây cáp văng trong quá trình thi công cầu có khả năng đạt được mục tiêu mong muốn về nội lực và chuyển vị của dầm chủ trong kết cấu cầu
4.4 Một số đề suất về lựa chọn công nghệ thi công cầu dây văng ở nước ta:
- Khi thi công cầu dây văng có dầm chủ bằng thép và địa hình không phức tạp nên áp dụng dụng công nghệ thi công trên đà giáo trụ tạm
- Khi thi công cầu dây văng có dầm chủ bằng thép và địa hình khó khăn nên áp dụng dụng công nghệ thi công có sử dụng hệ dây thiên tuyến hoặc lắp hẫng
- Khi thi công cầu dây văng có dầm chủ bằng bêtông cốt thép nên áp dụng dụng công nghệ thi công đúc hẫng hoặc lắp hẫng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Đình Tâm, Phạm Duy Hoà (2000), "Cầu dây văng", NXB Khoa Học và Kĩ Thuật, Hà
Nội
[2] Lê Đình Tâm (2005), "Cầu bê tông cốt hép trên đường ô tô", NXB Xây Dựng, Hà Nội [3] Lê Đình Tâm, Trần Ngọc Nhung (1998), "Phương pháp thi công cầu dây văng", Đề tài
cấp Nhà nước KHCN 10-06), Hà Nội
[4] Dennis Jang, Claudia Mibelli, Austin Pan, Mark Chen, "Construction engineering for
Hong Kong - ShenZhen cable stayed bridge", T Y Lin International , China
[5] Manabutto, Yorofuzino, Toshio Miyata, "Cable stayed bridgé recent development and
their future", Elsevier Publisher, USA.
