Ebook cầu bê tông cốt thép trên đường ôtô (tập 2) phần 2

Trorm khi đó, ứ cầu ba nhịp, các dáv văng dài nhất đưọc nố trí tại nơi d ầ m có đ ộ võng lớn nhất do đó độ cứng tương đổi của dây là lớn nhất, làm íĩiảm m ô m e n uốn trong dầm cứng và d

Chương 12 CẦU DÂY VÀNG

12.1 G IỚI TH IÊU C H U N G

Cáu dây vãng là một hệ liên hợp giữa dầm cứng chịu n én u ố n và dây c ăn g xiên chịu kéo Hệ g ồ m các dây xiên gọi là “ dày vãn g ” m ột đầu n e o trê n th áp m ộ t đáu n eo vào dầm tạo thành các tam giác cơ bản N ếu các đốt dầm h ên kết với nhau bằng khớp thì ta được một hệ giàn gồm các dâv làm bằng thép cường độ cao chỉ chịu k éo và d ầm cứng chỉ chịu nén với giá thiết tải trọng tác d ụ n g vào nút (hình 1 2 la ) T rên thực tế cấu tạo khớp rất phức tạp nên dầm cứng thường làm liên tục, ngoài chịu nén d ầm cứng cò n chịu uốn hơn nữa khi tải trọng tác d ụn g trong phạm vi khoang d ầ m cò n p hát sinh m ỏ m e n uốn cục bố (hình 12.1 b) M ô m en uốn tỷ lệ thuận vào đò c ứ n g củ a dầm , độ cứng lớn dầm chủ yếu chịu m ôm en, độ cứng nhỏ, d ầ m chủ yếu chịu lơc dọc

Mạt khac với Nơ đồ như trên hình 12 lb , thì hệ co tỉiể coi là m ộ t d ầm liên tục nhiều nhịp tựa trẽn các oôi dàn hồi là các nút neo dây, đỏ đàn hổi là độ cứng chịu kéo của các dây văng

Do dáv vănq làm bằng thép sợi cường độ cao, chỉ chịu kéo, nên có thế sử d ụ n g được hết khả Iiăne làm việc của vật liệu Dẩm cứng chịu nén uốn nén thích hợp với vật liệu bê tỏnị', cốt thép Lực nén tạo cho dấm được ép trước khỏriỉỉ cán căng k éo nên có thể coi là dair tự dự ứng lực Hơn nữa lực nén trước là ổn định làu dài và k h ôn g m ất mát

a)

Hình 12.1 Sơ dồ cảu dày vãnV

a) Hệ lý thuyết; b) Hệ ĩhííc

M ộ t ưu đ i ế m c ơ ba n c ủ a c ầ u d â y v ã n e NO với c áu lí c o d a y w»ng ( s a u đ â \ ta e ọ i là c u treo) là d ầm cứng chịu toàn bộ lực nén, biến hệ thành k h ô n ': có lực đấy m iang tác du i£ vào m ô neo như trong cầu treo, cầu vòm , tránh được các m ô neo đ ồ sộ, lốn vâl liệi và cho phép áp dụng vào bất kỳ điều kiện đia chất nào.

Từ m ột góc nhìn khác, xét m ột dầm liên tục bê tông dự ứng lực ba nhịp thi c ô i m

hẫng, cốt thép căng ngoài Nếu cố t thép ngoài đuực nâng cao trên m ột tliáp (l.';nh 12.2) tl)ì khả năn g chịu m ô m e n lớn nhất của tiết diện gối sẽ là M = Sr v trong khi G Ố I vói cáu liên tục M ’ = Sr h Rõ ràng y » h và M > M \ T r o n s đó St là nội lực trung bình ỉ r o n g dây và y, h lán lượt là k h oản g cách từ dây đ ến trọng tâm dầm cứng troiu> cA’,1 r»ây văng

và đến biên chịu nén của liết diện dầm liên tục

I ỉìn h Ỉ2 2 c 'ầỉi dáv vủnq trên qitíUi lỉiếm cùa cầu bê tỏng dự ứ/iíị ỉiii ãii^ ỉiíỊaời

Do hệ là một d ầm liên tục tựa trên các gối đàn hổi nên có m ô m e n uốn nhỏ hơn nhiềi*

so vói d am liên lục cùng nhịp không có gối đàn hồi Cầu dày vãng dam cứim bê lóng C Ỏ I thép và bê lỏng d ự ứng lực tạo k hả năng ch ố n g ăn m ò n tốt, ít bao qu an sửa chữa, nân^’ cao tuổi thọ c ỏ n<2 trình, hơn nữa có thể áp d ụ n g côn g nghệ thi cô n g hủnu k h ỏ n e cán ẹiàn giáo, [lệ có ciií tiêu kinh tế kỹ thuật tốt nên dược sứ d ụ n s rộ n g rãi cho các cáu lớn nlu' trên đường oiỏ

ơ nước ta dà xây dựng các cấu dây văng có dầm c ứ n s bô tồim CỐI thếp như: câu M \ Tlmậi] (năm 2000) nhịp 350m tại Vĩnh Long (2000), cầu Kien (2003) nhịp 2()0m lại Hái Phònụ và hiện daim xây dựng cầu Rạch Miễu nhịp 300m tại Bốn Tre, cáu Bãi C háy nhịp 450m tại Quáỉìíi Ninh và cáu Can T h ơ nhịp 550m H iện nay cầu Bải C háy là chiếc cáu một mặt phaim đây dám cứim hè tông cốt thép nhịp dài nhất thố giới

Nuoài ra còn đ a n c tricn khai các dự án cầu dâv v ă n s Nhật Tan qua sònìi H ổnu, cáu

Mỹ Lợi qua sỏníí Vàm c ỏ v à nhiều r a u lớn nhỏ trong cá nước

i 2.2 C Á C S ơ DỒ VÀ Đ Ặ C Đ IỂM CÂU T A O C À U D Â Y V A N G

Dạc (liến; c ơ b.m cua cáu d ã v v ã n s ià tính đ a d ạ n g T í n h đ a d ạ n u cứa c áu d a y va ni1 (I)

liiệi) o' vật lh/u xà} ^lựnu d ầ m , c ó t h ế là.n b ằ n g t h é p , t h é p bè t ó n u li ên b ợ p hciv bô Ú)I11Z c n [

s,

thep các loai mặi cát ngang, số lượng và chiều dài nhịp, số m át p h ẳn g và sơ dồ phân bố dãy Hình dạng và chiếu cao tháp có thế tạo cô n " trình thành m ộ t biểu tượng kiến trúc dặc biệt tiêu biêu cho một khu vực, m ót thành phố, một quốc gia.

Cầu dây vãng với ưu thế vổ chịu lực hợp h về cổng nghệ thi công, tính đa dạng về kiên trúc đang trớ thành công trình trọne đ iểm của nhiều nước trên t h ế giới và hiện cùn g ' ới cầu treo (lây võng là giải pháp duy nhất để vượt các nhíp trên 5 0 0 m trên đư ờng ôtô.12.2.1 C à u d ãy v an g một n h ịp

Cầu dây văng có thế làm một nhip như sơ đỏ hình 12.3 trong đ ó tháp cẩu được xây dựng trên mố; (.ìầm chủ một nhịp tựa trên hai mó' Các dâv vãng từ trên tháp toả x u ố n g neo vào một số điểm của dầm cứng tạo thành các gối dàn hồi; phía sau, các dây vãng được liên kết vào mô’ neo đặt sâu tron5 nén đườns

Vổ inặl chịu lực cáu dày văng một nhịp làm việc như m ột d ầ m CỨU” tựa trên các gối ilan hổi tuy nlnõn ít dirơc áp dụng trong thực tố vì có các nhược đ iể m sau:

Hình 12.3 íỉ) Sơ (lồ ( (/// (Uỉ\ i ?'/'<> một nhịp; bỉ Câu R i H K-Á- Chucky Ở Cali/nrnia, Mv

- Tổn tại các mó neo chịu lực n u an s làm mát tru íỉiê cua cáu d ãy vãng so với cầu treo

• Trẽn các mỏ đỡ dầm cứng, phai bố trí một sối cố định và m ộ t gối di động, gối cố định chịu lực nganư (dọc cấu) khi chịu tái trong k h õ n s đối \ ứ n s đ ổ n s thời lực ngan g lại

thay đổi chiều tuỳ theo vị trí của hoạt tải V í dụ trong cầu d â y văng m ộ t nhịp đối xứng (hình 12.3a), khi hoạt tải trên nửa nhịp trái, nếu gối c ố định nằm bên trái, lực n g a n g sẽ đẩy mô' vào nền đường và nửa dầm trái chịu nén, ngược lại lực ngan g hư ớng ra sô ng và nửa d ầm trái chịu kéo khi hoạt tải đứng trên nửa nhịp phải N h ư vậy, tro n g cầu d ày văng

m ột nhịp hai bộ phận c ù n g phải chịu lực n g a n g là m ố neo và m ố cầu, h o n nữa c h iề u của lực ngan g trên m ố lại luôn đổi dấu, đặc biệt n g u y h iểm khi hư ớng ra sô ng cù n g ch iều với

m ố neo đ ặt trên hai đỉnh núi (hình 12.3b) Đ ể khắc phục nhược đ iểm trên, tránh mô' cầu

và m ố neo ch ịu lực ng ang, có thể k éo dài d ầ m chủ, tạo thêm hai n h ịp biên để liên kết dây neo vấo d ầ m tạo thành hệ k h ô n g có lực đẩy n g ang Hệ biến thành h ệ ba n h ịp gồm

m ột nhịp chính và hai nhịp biên ngắn, D ầm chủ b ố trí liên tục vừa c h ịu uốn, vừa chịu nén Hình 12.4 thể hiện m ột cầu dây văng ba nhịp có nhịp biên ngắn, cầu Bario d e L u n a

ở Tây Ban Nha

H ình 12.4 Sơ đồ cầu dây vãng ba nhịp có nhịp biên ngắn, cầu Bario de Litna (Tây Ban Nha)

12.2.2 C ầ u d â y v ă n g b a n h ị p

Phần trên đã phân tích nhược điểm của cầu dây văng m ột nhịp và lí do tất yếu dẫn tới hệ

ba nhịp Sơ đồ cẩu dây vãng ba nhịp (hình 12.4) có nhịp biên ngắn có các đặc điểm sau:

- Cầu thích hợp với các sông sâu vùng núi, cần trán h xây d ự ng các trụ ở phần lòng sông sâu, địa chất và thuỷ vãn phức tạp

- Hệ có độ cứng của các gối đàn hồi lớn d o dây neo có chiều dài n g ắ n và có góc nghiêng nằm trong vùng hợp lí nhất (45°)

- Nhược điểm cơ bản của hệ ba nhịp trên hình 12.4 là có chiều dài nhịp biên q u á ngắn

so với nhịp chính Nhịp biên quá ngắn thì lực n h ổ củ a m ô neo rất lớn g â y phức tạ p ch o cấu tạo gối chịu lực phản lực âm , giảm đường tiếp đất, độ an toàn c ô n g trình n h ỏ hưn (khi neo đứt thì cá công trình có thể bị lật)

Đe khắc phục nhược điếm trên, tạo cơ sở đổng nhất tiết diện d ầm chủ cả ba nhịp (độ lớn, dạng tiết diện) và chiều dài khoan g dầm tạo điểu k òn lương đối đ ổ n g đều trong phạm vi từng khoang, đặc hiệt để giảm lực nhổ tác dụng lẻn m ố có thể áp d ụ n g sơ đồ cầu dây văng ba nhịp có dây bố trí đối xứng qua tháp, n h ư cầu B rotonne q u a sông Seine

ở Pháp (hình 12.5)

Hỉnh 12.5 Sơ dồ cáu dây vãnq ba nhịp có dây dối xứnq qua tháp,

cáu Brotonne qua sòti^ Seiỉìt’ o■Pháp

Về mặt cơ học, cầu dây văng ba nhịp theo sơ đồ hình 12.5 là m ộ t d ầm liên tục tựa trcn các gối cứim (trụ, mố) và các gối đàn hồi là các nút treo dây vãng Đ ộ cứng của các gối đàn hồi phụ thuộc vào các yếu tố:

- Diện ỉiclì và chiên (lùi (lây Độ cứnụ của các gối đàn hổi ti lệ n ghịch với chiều dài

(lâv lí lè íhuàn với diòn tích dâv vãng Chiều dài đâv thườno do sơ đồ cẩu và chiểu dằi

n h ị p quvế í dịnh Diện tích dã y được c h o n trên CƯ s ờ tận í l ụ n g tối đ a k h ả n ã n g l à m việc cùa vật liệu, độ an toàn của tiêu chuẩn T uy nhiên cíírm â m lưu ý rằng tăng tiết diện dây lớn làm lărm trọrm lượng bản thân, tăng độ võng, tãng bicVi d ạ n g phụ do dây thay đổi độ

co n g khi chịu hoạt tải, làm giám m ô đ u n đàn hổi tương đư ơng của dây Vì vậy khỏng phải dơn íỉian lănu tiết diện dâv là tăng độ círno và tãrm đỏ an toàn côn g trình m à phải xéi ánh hưỏìm của chúng đến inôđun đàn hồi tương đươna cua dây

- Góc ỉuịhiénạ a của dây so với phiùỉng nấm nyany G ó c n g h iên g của dây so với

phương neaniỉ ánh hư ờn” đến nội lực trong dây và dầm ( ióc n g h iên g tốt nhất nằm tro n s kho ản g 45° Tuv nhiên nếu chọn dây thoải nhất có góc n g h iên g 45° thì tháp q u á c ao ảnh hướnsỉ tói kiên trúc và làm tăim chi tiêu kinh tế kv thuật cua cầu (x em m ục 12.2.5)

- Độ nhỉX và liêỉỉ kếĩ của các day neo Dâv neo là dày ở nhịp biên, đầu trên liên kết

cỏ định với iháp cầu, đầu dưới liên kết cố định với dầm lai vị irí gối chịu được phản lực

âm Trong cáu dủv văng, dây neo iĩiữ vai trò đặc biệt quan tro ng trong việc đ ả m bảo độ cứnR và do dó đảm bảo nội [ực tron2 toàn hê Nếu day được neo vào các đicm c ố định là

m ò hoặc trụ thì dỏ cứim của các gòi đàn hổi chỉ phu thuộc vào chiều dài, diện tích và độ

im hièng cua các dày vãim Nốu dâv k h ô n g được neo vào ui êm c ố định thì độ cứ ne của

hè còn phụ thuộc vào độ cứng chịu uốn của dầm

Tro ng thực tế cũ n g tồn tại các cầu dây văng hai hoặc ba n hịp k h ô n g có d â y neo vào các đ iểm cô' định như mô' trụ cầu (hình 12.6) Các hệ này ch ịu tải trọn g đối xứng qu a

th áp (tải trọng tĩnh) cũng tốt như hệ ở hình 12.5 Dưới tác d ụ n g của hoạt tải đ ứ n g trên

nh ịp giữa, các điểm neo d ây ở d ầ m biên sẽ vồng ngược do ảnh hư ởng của d ầ m liên tục

và d o ph ản lực âm của các dây ở nhịp biên Đ ộ vồng ngược củ a nhịp biên làm £Ìảm độ

cứ n g ch u n g củ a hệ và làm tăng m ô m e n uốn trong dầm cứng

Cầu dây văng k hô n g có d ây n eo có thể được áp d ụ n g để cải tạo, tăng cư ờng khả nâng chịu tải của cầu cũ nh iều nhịp, n h ằm nâng cấ p tải trọng bằng cách tru yề n tĩnh tải ch o dây, rồi từ dây q u a tháp x u ố ng trụ cầu

Đ ể tạo được đ iểm cố định trên th á p thì cũ n g có thể áp d ụ n g tháp cầu cứng T h á p cầu

cứ n g là tháp cầu có sơ đồ kết cấu và k ích thước hợp lí đ ể hạn c h ế ch u y ển vị n g a n g đỉnh tháp, tạo được đ iểm gần như c ố địn h để neo dây (hình 12.7) T uy nhiên biện p h áp đơn

g iản và kinh tế hơn cả là bố trí các dây neo vào m ố, trụ cầu

H ình 12.6 Cầu dây văng không có dây neo

H ình 12.7 Cầu dãy văng tháp cứng, cầu sông Hàn (Đà Nắng)

Cầu dây vãng có thể d ù n g cho các cầu trên đường ôtô, cầu thành phố, cầu đư ờng sắt cầu người đi và cầu ch o nông thôn, vùng núi Đ ặc điểm của các cầu vùng núi, n ô n g t hô n

là nhịp nhỏ, tải trọng nhẹ, thi cô n g n h an h ch óng, đơn giản, k h ô n g cần nhiều trang thiết

bị phức tạp Khi thiết k ế các cầu dây văng phục vụ nông thôn, vùng núi cần q u á n triệt các yêu cầu trên để lựa ch ọ n vật liệu, cấu tạo và giải ph áp thi c ô n g dơn giản nhất

12.2.3 C ầ u d ã y v ă n g hai n h ịp

Cầu dây văng cũng có thể áp dụng cho cầu hai nhịp vượt đường, q u a các sông k h ô n g lớn Cầu dây văng hai nhịp được lựa chọn chủ yếu do điều kiện địa chất, địa h ìn h khu

V Ư C càu qua hoặc do vêu cầu mỹ quan quyết định

Cầu dây văng hai nhịp có thổ có các nhịp bàrig nhau, khi đó th áp cầu bố trí ở giữa, các dây vãng bò trí đối xứng qua tháp (hình 12.8), nếu cáu k h ô n g có d ây neo vào đ iể m

có định là m ô trụ (hình 12.8a) thì các dây văng chủ vèu ch ịu tĩnh tải, dầ m cứng p hải lớn

đc chịu m ô m en do hoạt tải Đê tăng cường khả năng làm việc củ a các d ây thì có thể b ố trí dày neo vào điểm cố định là m ô trụ (hình 12.8b) Tuy n h iên do hệ đối xứng, các d ây neo không chịu kéo dưới tác dụng của tĩnh tải, nên đê tránh d ây ch ịu nén khi có h oạt tải trên m ột nhịp, các dây neo cần được căn g trước với nội lực đủ đ ể khắc phục lực n é n lớn nhất có thế xảy ra Biện pháp này gây khó khăn ch o việc d u y trì lực căn g trước trong dây neo trona suốt qu á trình khai thác

Hình 12.8 Các sơ đồ cáu (lá\ vúiiiỊ hưi nhịp a) ( \h i d à \ vãng luú Iiliịp klìònq có dãy neo; b) Cáu dây văng hai nhịp đôi xứnq

có clâv neo vào mờ; (') Càu (láy văng hai r.hịp có tháp cứng

Đ ể khắc phục nhược điểm trên thì có thể áp d ụ n g hai biện pháp:

- D ùng m ột tháp cứng bố trí ở giữa cầu (hình 12.8c), biện pháp này rất có hiệu q u á trong việc làm tăng độ cứng của toàn hệ

- Biện ph áp thứ hai là d ù n g hộ hai nhịp có các n h ịp không bằng nhau, tro n g đó n h ịp lớn có số k h o an g lớn hơn và k h ôn g có d ây neo N hịp nhỏ có bố trí d ây neo vào mô Dưới tác d ụ n g củ a tĩnh tải nhịp lớn gây lực căn g trước dự trữ trong dâv n e o đủ đ ể khắc phục lực nén do hoạt tải khai thác đ ứ ng trên nh ịp nhỏ M ô hình này đã được áp d ụ n g ớ n hiều nơi như cầu H u ntington ở bang O h io (M ỹ ) (hình 12.9)

H ình 12.9 Cầu dây váng hai nhịp củ nhịp klìôiiíị bằng nhau

(cầu Huntington ở bang Ohio, Mỹ)

T rong cầu dày văng hai nhịp tuỳ th eo vị trí của trụ tháp, số dây văng ở n h ịp biên có thể ít hơn ch o dến bằng n h ịp chính

Xét đặc đ iểm làm việc của hệ hai và ba nhịp, ta có thể x em hệ hai n h ịp là nửa hệ ba nhịp, như vậy với cùng chiều cao tháp (hình 12.10) cầu dây văng hai nhịp chỉ đ ạt được chiểu dài nhịp bằng nửa hệ ba nhịp T ro n g hệ hai nhịp còn tồn tại nhược đ iểm cơ bản về phân b ố dây, trong đó dây văng dài nhất, và góc n ghiêng nhỏ nhất (tức là độ cứng dây nhỏ) lại được bố trí vào nơi có độ võng nhỏ củ a dầm (gần gối), kết q u ả là làm g iảm độ cứng của gối đàn hồi, dẫn đến tăng m ô m e n uốn của dầm , do vậy nên tránh vì k h ô n g

m an g lại hiệu q u ả kinh tế

Trorm khi đó, ứ cầu ba nhịp, các dáv văng dài nhất đưọc nố trí tại nơi d ầ m có đ ộ võng lớn nhất do đó độ cứng tương đổi của dây là lớn nhất, làm íĩiảm m ô m e n uốn trong dầm cứng và dây vănt; có thê phát huy hết tác dụng.

Như vậv trừ trường hợp đặc biệt t ủ a các cầu vươt đương, hoặc đối với các cầu vượt sóng, do đặc điểm địa chất, dịa hình hoặc kiến trúc q u v í t định thì có thể áp dụ ng cầu dày văng hai nhịp Còn trona trường hợp chung cầu d â \ vãntỉ ba nhịp là hệ m an g lại hiệu quá kinh tế kỹ thuật tốt nhất

12.2.4 Cầu dây v ãn g nhiều nhịp

Cầu dâv văng có thê đạt được các nhịp rất lớn hiện nay các cầu dây văng d ầ m cứng

bè tông cốt thép có thể đạt nhịp đến 500 H- 600m, nên thường chỉ d ù n g hệ ba nhịp để vượt c ác nhịp c h ín h , p h ầ n c ò n lại d ù n ơ c á c n h ị p c ầ u d ầ n là đ ủ T u y n h i ê n đ ố i với c á c c ầ u dài qua biển, nôi từ đảo này sang đ ả o khác, địa hình, địa chất k hô ng thuận lợi cho các nhịp ngắn, hoặc khi cần tãng cường, nâng cấp cầu cũ thì có thể áp dụ ng sơ đổ cầu dây vãng nhiều nhịp

Các sơ đồ chính của cầu dây văng nhiều nhịp thể hiện trên hình 12.11

Nhược điếm chính cua cẩu dâv văng nhiéu nhịp là ơ các nh ịp giữa khô ng có các dây neo vào điếm cỏ định, do dó dưới tác dụn g của hoạt lải, n ỏ men trong d ầ m cứng lớn hơn nhiều so với hê cú đây neo

- Hình 12.1 la (rình bày cầu dây văng nhiều nhịp được xây chmg qua thung lũng Mezcala

ớ Mêhicô Cẩu gổm 5 nhịp dài 882m bố trí theo sơ đó (80 + 311 + 230 + 84 + 40)m, cấu rong 20m, tháp cao nhất 1 17m

- Để tãn° cường độ c ứ n s của hệ tạo khả năng chịu tĩnh và hoạt tải đều tốt tại nhịp giữa có thổ dùnti các tháp cứng (hình 12.1 lb) Biện pháp này m a n g lại hiệu quả kỹ thuật tốt, nhưng làm tăng khối lượng công trình m ó n g trụ và tháp cáu do phải chịu lực ngang,

- Một biện pháp dẻ được chấp nhận hơn là biến hệ nhiều nhịp thành nhiều hệ ba nhịp nôi với nhau bằng một trụ neo ch ung (hình 12.1 lc) Tuv nhiên phải bố trí thêm trụ ở giữa sông, chiều dài các nhịp kh ông đều nhau, phá vỡ tính hài hoà, m ỹ qu an của hệ nhiều nhịp

Tóm lại cầu dây văng có thể làm theo sơ đồ hai ba và nhiều nhịp, trong đó hệ ba nhịp

là hệ có nhiều ưu diêm hơn cả Trong thiêt kê nén xem xót trước tiên đên hệ ba nhịp, trong các trườna hợp đặc biệt khì cán xem xét các hê khác thì cần nghiên cứu các đặc

phương án thích hợp nhất

V í d ụ , đ ố i v ớ i c ầ u q u a y s ô n g H à n , t h à n h p h ố Đ à N a n g t h ì p h ư ơ n g á n c ầ u h a i

n h ị p c â n b ằ n g , tháp c ầu c ứ n g là p h ư ơ n g án d u y nhất c h o c ầ u d â y v ă n g q u a y đ ư ợ c

tnhi trụ (hình 12.7)

Hình 12.11 Các sơ đồ cầu dây văng nhiều nhịp

12.2.5 S ơ đ ồ và s ự p h â n bô d â y

Trong cầu dây văng, dây đó ng vai trò các gối đàn hồi của d ầ m cứng, sơ đồ và sự phân

b ố dây ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và các chỉ tiêu kinh t ế kỹ th uật c ủ a cầu

kh oản g a = 25 4- 28°

12.2.5.2 Sơ đồ dây

- Sơ đồ đồng quy Sơ đồ dây đ ồn g qu y là sơ đồ có các dây văng qu y tụ tại m ộ t nút cố

định trên tháp cầu, từ đó các d ây toả x uố n g neo vào dầm cứng tại m ộ t số đi ểm , tạo thành các gối đàn hồi củ a d ầm (hình 12.12)

Tr ong sơ đồ dây đ ồn g quy, các dây được liên kết cố định tại nút trên tháp cầu (kể cả dây neo), nên ứng với mọi vị trí của tải trọng, nội lực của các dây t hô ng q u a nút và dây

neo truycn vào dám cứng và mỏ trụ, do đó hệ có độ cứng lớn, và th áp cầu chịu m ổ m e n

u ó n n h o ( k h ô n e c h ị u u ố n n ế u c h â n t h á p l i ê n k ế t k h ớ p với t r ụ) S ơ đ ồ d â y đ ồ n g q u y đ ư ợ c

dùng phổ biên và hiệu quả c h o c á c cầu nhịp không lớn, ít dây, k h o an g lớn, khi đ ó cấu tạo nút dây trên tháp-không quá phức tạp Các cầu dây văng thê hệ đầu tiên thường d ùng

sơ đồ đồng quv: cầu Kiép (Ukraina) có 6 dây, cầu Saint - Nazaire có 16 dây Ngoài ra

trong c á c cầu tháp cứng, hoặc b ố trí d â y k h ô n g đ ố i x ứ n g qua tháp c ũ n g thường dù n g s ơ

đổ đồng quy Tuy nhiên với cầu lớn, nhiều dây thì câu tạo nút neo dây trên tháp rất phức tạp, đạc biệl khi Iĩìỗi dây có một n e o riêng liên kết với tháp Đ ể tránh nhược đ i ểm này,

cỏ thế phân bố đéu các đâv trẽn tháp để được sơ đồ song song và rẽ quạt

- Sơ (lố som> som> Trong sơ đổ dây song song, các dâ> v ã n g ở mỗi bên tháp cẩu song

song với nhau, phân hố cách đều ĩrcn Iháp và (lẩm ^1": Như vậy nổi nút chí tạp trung

nhiều nhất hai dây nên cấu tạo đơn giản Vổ inặt mỹ quan, các dây song song tạo dáng đẹp, thông thoáng và thanh thoát, tại mọi góc nhỉn đéu cảm nh ận các đường nét song song và cách đều trong khi ở các hệ khác các dây giao cắt nhau theo các đường lộn xộn (hình 12.13 a.h)

Tuy nhiên vổ mật chịu lực và cấu tao, sơ đổ dáy Sony song có các nhược đi ếm sau:

- Các d â y c ó c ù n g gó c n g h i ê n g s o với p h ư ơ n g n g a n g và là g ó c n g h i ê n g n h ỏ n h ấ t nê n giám độ cứng của các nút neo dâv

- Chí có một dây trên cùng được nối với dâv neo, còn các dây khác chỉ được liên kết với dám và tháp tại các điếm có chuyển vị dàn hổi Chuyền vị này làm giảm độ cứng của

hệ làm lănẹ inỏinen uốn của d ẩm khi chịu tái kh ỏ n e dôi xứng

n h ư một dầm một đầu ngàm (chân tháp), một đầu lựa trẽn gối đàn hổi (dây neo trên

c ù n2) chịu các lực tập trung nằm ns an g , tác d ụ n s vào thán tháp, gây bất lợi cho một thanh chịu môm en uốn và lực nén đểu lớn Nếu các dãv bỏ trí di độ n g trên tháp cầu thì các điếm neo dây truns gian (các dây không liên kết với đ àv neo) có độ cứng nhỏ khi chịu tài trọng bấí kì Muốn đám hảo độ cứim và đô ben của hê buộc phải tăng cường độ lớn cua dám cứng, điều này k h ố n<4 inang lại hiệu qua kinh tế

Để khắc phục nhược đ iểm trên, thường b ố trí th êm các trụ neo vào nhịp biên, biến nhịp biên th ành hệ cầu dẫn (hình 12.13c) Các trụ neo phụ ở nhịp biên tỏ ra có nhi ều ưu điểm đậc biệt về nhiều mặt m à ta sẽ phân tích sau.

c) Sơ đồ dây song song có các trụ neo phụ

- Sư đồ r ẽ quạt Sơ đồ dây hình rẽ quạt là sơ đồ trung gian giữa đồn g quy và song

song, trong đ ó các dâ y được phân b ố trên tháp cầu với khoảng cách đủ để có thể cấu tạo, lắp đặt và điều chỉnh chiều dài dây trong q uá trình thi công N h ư vậy các dây b ố trí

k h ôn g song song với nhau để tranh thủ các góc ng hi êng lớn hơn ở các dây trung gian và tránh tối đa iháp cầu bị uốn ngang Trong sơ đồ rẽ quạt, các dây được neo c ố định trôn tháp cầu, do đó khoảng cách giữa các đ iểm neo dây trên tháp thường lấy nhó nhất có thể được, tránh tháp cầu bị uốn ngang (hình 12.14)

Sơ đồ dây hình rẽ quạt được dù n g phổ biến nhất cho các cầu nhịp lớn, k h o a n g nhỏ, nhiều dây

Tuy nhiên tro n s hệ nhiều dây kh oan g d ầ m nhỏ, các dây văng ớ nh ịp biên tại vị trí gần

m ố làm việc rất ké m do dây có chiều dài lớn, góc nghiêng nhỏ, lại được neo vào các vị trí d ầm có độ cứng lớn (gần gối), kết quả là m ỏ m e n uốn trong d ầ m cứng tại khu vực này thường lớn hơn nhiều so với các khu vực khác Để khắc phục hiện tượng này (giảm

môme n uốn dương cai các khoang gần mố) đồng thời tăn 11 ! cứn g của các gối đàn hồi nhịp eiữa thì có thể bố trí thêm m ột sô' trụ neo phu Các tru neo phụ có thể bố trí tại các nút dây nhịp biên (trường hợp k h oan g lớn), hoặc chi can bò' trí một vài trụ neo tại nhịp biên như cách giải quvết trong cầu T hư ợ ng Hải, Tr u na Quốc (hình 12.15).

H ình 12.14 Sơ đổ bô tri dá\’ hình I ẽqiiíii

a ) Dây dàv khoan ẹ nhỏ; b) Dủx ii kht nu líỊ lớn

H ì n h 12.15 Sơ đ ồ ( l á y h ì n h r ẽ í/ I t a ĩ c ó ! r u n e o DÌILỊ

aì Cần C / I K I sónq R/ùn â Duisbourg (Đức); bì Củu 1 hiontt n ả i ( T r u n i> Quốc)

Trụ neo phụ tại nhịp biên còn có tác dụng làm giám ỉ ực nén trong dây neo khi hoạt tải dứng trên nhịp biên Giả m lực nén trong dây neo đồ nạ n r h ĩ a với việc đ ả m bảo mô đ un đàn hỏi cua các dây chịu nén (do hoạt tải) đỡ bị giám nhanh

Khi câu tạo thêm các trụ neo phụ, hoặc biến các nhịp biên thành cầu dẫn, cần tiên hành so sánh tổng giá thành toàn cong trình gồ m kết cấu nhịp và mõ' trụ Việc bố trí các trụ neo, tạo nhịp biên thành cầu dẫn như cầu qua sông R h in ớ Duis bo urg (hình 12.15) và cầu N o r m an d i e là các ví dụ điển hình.

Trên đ ây giới thiệu các sơ đồ phân bố dây t hô ng dụn g nhất, ngoài ra còn có thể tổ hợp các hệ cơ bản trên để tạo thành các hệ liên hợp

12.2.5.3 S ố lư ợ ng dày, ch iều dài k h o a n g và c h iề u dài n h ịp

Một trong những đặc đi ểm về tính (ta dạng của cầu dây vãng là số lượng dây và chit 11

dài các kh oan g dầm Các dây văng neo vào d ầm chủ, chia dầ m thành nhiều khoang, só iượng dây nhiều, chiều dài kh oang giảm, m ô m e n uốn cục bộ trong p ham vi k ho ang C Ũ I 1 ” giảm K h oa ng d ầm nhỏ, số lượng dây I ì h i ề u , cấu tạo neo đơn gián, cô n g nghệ lắp dạt dây và d ầm chủ đơn giản hơn

cáu dâx \'ủỉ!íỉ khoang ỉon nêỉa); b) í'chi \ 'culì-EI-Kiif {ỉ.ibie)

Tru* )V nhừng năm 1980, khi côniỉ nuhệ thi côriS! ìúnỵ cầu đ â v vãnu chưa được áp dụna Iọnạ rãi, đã dìuV2 các khoang rai lớn Ví du nan: \u ()2 b iáo sư M ora ndi c người Đức

đà xà v dựn g t h à nh c o n g ba cấu ciâv v a n g độ c (láo: thứ r.hất là c ầ u M a r a c a i b ỏ ở Vênè/.ucla nhịp 235m, khoang giữa dài 76m, trong đó hai c án h hẵng dài mỗi bên 15m

và dam deo dài 46m (hình 12.lỏa ); thứ hai là cáu Prnlrevera (Italia), 1967, cầu dây văng nhiều nhịp có sơ đổ (68,7 + 202.3 +207,9 + k ho ang d ầ m 7 3 , 2m; thứ ba

là cáu Vadi-El-Kui' ớ Lihie, năm 1971, cẩu ba nhịp eo sơ đỏ (97.5 + 282 +9 7, 5) m (hình 12.16b)

1 ỈC dieitt cùa các cáu trên là tháp cứn<z phối hụp YJ1 dẩir \ à dây tạo thành k h u ng hắng, ;ữa hai kh un c bố trí một dám đco ( ac cầu (lây vár.g kh oan g lớn nh ư trên kh ôn g

x â y (krrm d ư ợ c t h e o c ô n g n g h ệ thi CÒIIS; hầnỵ n ê n k h ô n g CỈL ợ c p h á t trit-n r ộ n g răi.

Đẽ phù họp với cóiìii nshệ thi c ò n s hẫng, chiểu dài khoaniZ ih ư cn g chọn trên cơ sở chiều (iài của giàn giáo treo, hoặc khá n ã n s của cán cấu lap hảng Mặ t khác với khoang lớn có the dùng các thiết bị thi công lớn đẩy nhanh tiên độ thi công , k h o a n g nhỏ lại có the ụiám m òm en uốn cục bô và do đó eiain độ lớ n của d a i r

[ hực tê xây dựn a cãti dây vãnu nhím ụ năm ìỊần dây d i o thí-V rõ kh uy n h hướng dùng

a c n h í p l ớn c ù n ỵ VỚI v i ệ c g i ả m c h i é u d à i k h o i i n s d á m ( ì i á m c h i c u d à i k h o a n g d ầ m s ẽ

iiam inôincn uốn cuc bô trons phạm vi khoang, phù hơp YO'1 cò nu nghệ thi cóng h ẫ n s

khỏrm cán giàn ííiáo cũng như không phu thuộc vào (liắi kiện mòi trường như khí t»fợng

i l ui v v a n Iren s ỏ n u Đ a c b i ẽt đ ố i VỚI d á m e ứ n u b ằ nì i bê t o n ^ r o t t h é p , k h o a n g , n h > V'ra

phù h ợ p với c hiổu (iai tiỏt đổ bê t ó m 1 (đ úc íìẫne), hoặc khá l ù n g c ủ a c ầ n c ấ u (láp h ẫ n g ) , vừa l à m ch o cấu tạo ne o (lơn <uản do lực lác dụ nu lên d á v nho

N goà i ra việc clìmụ kh oa im nho c ò n n â n g c a o d ó (lự ỉr ì a n tí an c h o c ổ n g t rì nh, khi

m ộ t vài (lây h oặ c n e o bị hư h ỏ n e hoặc' c o sự c ố ih'] d a m c ứrìíỉ k h ỏ r m bị h ư hai n g h i ê m

irọnị’ Vi ộc thay thố sửa chìm các dãv \ ăng và n eo c ũ n g dc dà IU;!, t h uậ n lợi hơn đ ồ n g thời

van c ó the c h o p h é p (hỏng xe lái trọng nhẹ V í dụ, cai-1 l ỉ r o t o n n c q u a s ô n g Sc in e ở P h á p

c ó n h ị p chí nh 3 2 0 m d á m ch ủ hãnu be t ô n u cốt t hé p (iir ['ŨÍỊ lực d ư ợ c đ ỡ h ằ n g 4 2 d â y

v ã n s mỏi đ à y c ác h n ha u 5m (hình 12.17)

ỉ ỉ m h 1 2 Ị 7 ( ' í ' ỉ l l !-)!'(■ ! ( >/ ' ! ' ■ 1 7 > 7 U i d t ỉ / ! ^ i i i l ỉ i l ){> ( ' t t l )

Thực tế khi dùng các khoang nhỏ (3 -H 5)m, d ầ m cứng làm việc n h ư m ộ t d ầ m liên tực tựa trên nền đàn hồi với trị sô m ô m e n uốn do tĩnh tải hầu như k h ô n g đ á n g kể so với hoạt tải, nhất là khi thực hiện tốt việc điều chỉnh nội lực.

Trên thực tế đã có nhiều cầu dây văng d ầ m cứng bằng bê tông cốt t hé p với chiều dài khoang 3m (cầu Bario de Luna ở Tây Ban Nha)

Nhược điểm của hệ dây dày khoang nhỏ đương nhiên trái ngược với hệ có k hoa ng lớn, ờ đây việc đúc hav [ắp đặt tùng đốt dầm, từng dây văng có kích thước, trọng lượng nhỏ dễ dàng hơn, nhưng lại cần lắp đặt nhiều lần hơn và mỗi lần lại cầ n cãng chỉnh để khống c h ế nội lực và biến dạng trong hệ Tuy nhiên hiện nay với kỹ thuật, công nghệ và các thiết bị hiện đại, các nhược đ iểm trên dần dần được khắc phục

Sau đây là chiểu dài khoang (d) c ủa các cầu được áp dụ ng vào nước ta:

- Cầu Mỹ Thuậ n (Vĩnh Long), d = 10,4m;

- Cầu Kiền (Hải Phòng), nhịp chính d = lOm, nhịp biên d = 8,5m;

- Cầu Rạch Miều (Bến Tre), d = 10,4m;

- Cầu Bãi Cháv (Quảng Ninh), d = 6,5m;

- Cầu Cần Thơ, d = 12m

Như vậy chiều dài các khoang thường được chọn để thoả m ã n các yêu cầu về cấu tạo, chịu lực và thi công ĐỐI với dầm cứng bằng bê tông cốt thép chiều dài k h oa ng có thể chọn trong khoảng 3 ^ I2m

Các khoang như trên thường được chọn xuất phát từ khả năng về tầm với củ a cần cẩu hoặc chiều dài của giàn giáo treo khi thi công hẫng, từ điều kiộr g iảm m ô m e n uốn cục

bộ trong phạm vi khoang

Một vấn đề cần quan tâm là định tỷ lệ chiều dài các khoang T h ô n g thường có thể chọn các khoang d ầm bằng nhau, khi đó dưới tác dụn g của tải trọng tĩnh phân b ố đều, bằng biện pháp điều chỉnh nội lưc trong thi công, có thể tạo được sự phân bô m ô m e n uốn đồng đểu trên toàn nhịp, trong đó m ô m e n có giá trị bằng m ô m e n trong d ầ m liên tục nhiều nhịp iưa trên các gối cứng có chiều dài bằng khoang dầm N h ư vậy k h o a n g d ầm càng ngắn, rnômen nôn do tĩnh tái càng nhó (hình 12.18a) và trở th ành k h ô n g đá ng kể đối với các cầu nhịp lớn Ý tướng dổn toàn bộ tĩnh tải cho dây chịu trong cầu treo dây võng cũng thành hiên thực trong cầu dây vãng

Trên hình 12.18b thể hiện biểu đồ bao m ô m e n do tĩnh và hoạt tải, d ạ n g răng cưa trên đường bao thể hiện giá trị m ôm en uốn cục bộ trong phạm vi k ho an g d ầ m Với các d ám cứng đủ lớn để chịu đươc mỏ m en uốn tổng thể do tải trọng thể hiện trên đường bao thì giá trị cục bộ quá thât không đáng kể M ô me n uốn tổng thể do tĩnh tải đã được triệt tiêu trong điều chinh nội lực

Cầu dây vãng là hê không có lực đẩy ngang tác dụ ng vào nền đất, toàn bộ lực ngang trong dây đều truyền vào dầm cứng Vậy d ầm cứng trong cầu dây văng ngoài chịu uốn

còn chịu ncn Dưới tác dụng của tĩnh tài và lực điều chinh, th àn h phần thẳng đứng của nội lực dày gần như hằng nhau (trường hợp khoang dầm háng nhau) và bằng (gxd), với

g, d lán lượt là cường đô tải trọng lĩnh phân bố đều và chiều dài k h o a n g dầm Lực dọctrong dám có giá trị lớn nhất tại k h oan g giáp tháp cầu, giảm d ần theo d ạ n g bậc thang và gần hằng không tại khoang giữa (hình 12.18a) (nếu k h ô n s kể đ ộ cứng chịu uốn của tháp) V ậy Irong hệ khoang nhỏ, dưới tác dụng của tĩnh tái, d á m cứng chủ yếu chỉ chịu nén Trị số môinen uốn do hoạt tải sẽ:

- Tý lệ thuận với độ cứng chịu uốn cúa dầ m EI;

- Tỷ lệ nghịch với độ c ứ n s chịu kéo c ủa dây EA;

- Tỷ lệ thuận với chiều dài d â y s;

- Cách liên kết của dàv neo (có neo vào điểm cô' định k hỏn o ?)

nhỏ nhất (gần m ố cầu) nên dây làm việc rất ít, d ầ m chủ phải chịu hầu hết tải trọng t ron g khu vực Do dó trong nhiều trường hợp để giảm m ô m e n uốn ở nhịp biên có thể b ố trí

th êm các trụ neo phụ Số lượng trụ n eo phụ có thể ch ọn một n h ư cầu Elorn (Pháp), c ầ u Thượ ng Hải (Trung Quốc), cầu Bãi Cháy, cầu Cần Thơ, hai, hoặc nhiều trụ để biến thành hệ cầu dẫ n như cầu No rm an di e (Pháp)

Việc bố trí thêm các trụ neo phụ ở nhịp biên chẳng n hữ ng cải thiện sự phân bô

m ô m e n trong dầ m cứng, tăng độ cứng toàn hệ, g iảm lực nén trong d ây neo m à còn tạothuận lợi cho việc thi công d ầ m từ hai m ố vào nhịp giữa

Th ô n g thường ch ọn các k ho an g có chiều dài bằng nhau Khi dù n g hệ nhiều dây,

k h oan g nhỏ, thì do ảnh hưởng của gối cứng, các dây văng kề tháp chịu lực rất ít, đ ổ n g thời m ô m e n uốn dương trong khu vực lại nhỏ, m ô m e n âm trên gối cứn g tại tháp lại lớn,

do đó có thể chọn các k ho ang kề tháp lớn hơn các khoang còn lại Việc định chiều dài

k h oan g d ầ m kề tháp c ủa các cầu đã xây dựng rất khác nhau, nhiều cầu ch ọ n các k h o a n g bằng nhau, nhiều cầu c họn khoang kể tháp rất lớn

K h oa ng kể tháp còn do độ lớn d ầ m quyết định, nếu d ầ m đủ lớn để có thể chịu được

m ô m en , lực dọc thì nên chọn k hoa ng kề tháp gấp 1 4- 2 lần kh oan g tiêu chuẩn

Sau đây là chiều dài của các kh oan g kề tháp dị được áp dụ n g vào các cầu ở nước ta:

- Cầu Mỹ Thuận, dị = 1,4 dchujn = 1 4, 6m;

- Cầu Kiền, d, = 1,35 d ehlliin = 1 3 ,5m;

- Cầu Bãi Cháy, d, = 5,38 dchuẩn = 35m;

- Cầu Cần Thơ, dị = 1,66 đ chuà’n = 20m

Riêng cầu Bãi Cháy, vì là hệ một mặt phẳng dây, dầ m cứng rất lớn nên chiều dàikhoang kề tháp có thê chọn lớn hơn các cầu hai mặt phẳng dây

Hình 12.19 Các sơ dồ cấu dây vâng hệ nôi

Lại có phương án thay gối cứng trên trụ tháp bằng một dâv vãng thẳng đứ ng tạo thành một gối đàn hồi (hình 12.19) Sơ đ ồ này gần giống như ' o à n bộ d ầ m cứng được đặt trên các phao nên mang tên là “sơ đồ nổi” Trong sơ đồ nổi n^oài hai gối c ố định đặt tại hai mô' hoạc trụ biên, toàn nhịp được đ ờ bầng các dây văng (các gối đàn hồi), tránh được

sự thay đổi đột ngột độ cứng các gối tựa, d o đó sự phàn bỗ r n ỏ m e n trên toàn cầu đ ồn g đểu hơn, tránh các đột biến môi nen và lực cắt khi qua các eôì cứng Sơ đ ồ cầu dây văng

hệ nổi còn có ưu điểm giảm chấn đo đ ộn g đất

T r o n5 khi các khoang kề tháp chịu lực nén cực đại, thì các lchoang giữa nhịp lực nén lại bằng không (với điều kiện d ầ m liên tục giữa hai m ố và bỏ qua độ cứn g chịu uốn của tháp cẩu) do đó với dầm cứnR bằng bê tông cốt thép thì do k h ô n g chịu lực nén nên

kh oang giữa lại chọn nhỏ hơn (0,7 -ỉ- 0,8) lần nhưng vẫn đ ám bảo điều kiện hợp long Cũng có thể chọn khoang giữa lớn h ơn cá c kh oan g chuấn, khi đ ó ứng suất kéo trong dầm được giải quyết bằng các bó cáp d ự ứng lực

12.2.5.4 Sô m ặt p h a n g dây và các d ạ n g th á p cầu

Trong cầu dây văng, số mặt phẳng dây và cấu trúc tiết diện n g a n g hệ mặt cầu thường quan hệ chặt chẽ với nhau Cầu dây vãng cung có thể xem là cầ u giàn đường xe chạy dưới, trong đó độ lớn của hệ mật cầu phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai giàn chủ

a)

c ) Chia thành hai cấu, mối cầu hai mát ph.ini’ dáy

Với các cầu có chiều rộng trung bình khoảng 10 ^ 20m, thư ờng ch ọ n hai m ật phảng dây bố trí thẳng hoặc xiên tạo thành hai giàn chủ riêng biệt, mỗi giàn g ồ m các d ây văng chịu kéo và d ầm cứng chịu nén uốn và m ột hệ mặt cầu nối hai d ầ m chủ (hình 12.20a) Với cá ch giải quyết như vậy, các bộ phận của hệ mặt cầu làm việc độc lập với nhau, hệ

dầ m dọc phụ, d ầ m ng an g và bản khô ng tham gia làm việc với d ầ m chủ T u y nh iên khi chiều rộng cầu lớn nh ư trong nhiều cầu hiện đại có chiều rộng tới 30 -r 60 m, n ếu dùn g hai mặt phẳng dây thì hệ d ầ m mặt cầu sẽ rất lớn và nặng nề, khi đó có thể b ố trí ba bốn mật phẳng d ây (hình 12.20b), hoặc ch ia thành hai cầu độc lập, mỗi cầu có hai mặt ph ẳng dây đứng song song (hình 12.20c) Hệ có hai hoặc nhiều mặt ph ẳn g dây ch ắn g những làm nhẹ hệ mặt cầu m à còn tạo khả năng ch ống xoắn tốt, nên có thể kh ông cần đ ến dẩm cứng có độ cứng chống xoắn lớn (tiết diện hộ p có chiều cao lớn)

Các mặt phẳng dây bố trí thẳng đứng tạo đơn giản cho việc định vị neo trong quá trình thi công, các mặt phẳng dây b ố trí xiên (hình 12.21) tạo c ho hệ chịu lực n g an g và làm việc k h ô ng gian tốt hơn, ví dụ khi có tải trọng lệch tâm trên nhịp giữa thì cả hai giàn dây nhịp biên cù n g tham gia chịu lực, trong khi giàn dây thắng đứng thì các giàn luôn làm việc độc lập

T r o n e các càu hiện đại t h ư ò n u d ù n e d ầ m c h u tiêt d i ệ n h ộ p , tror m đ ó tât ca vật liệu cáu thà nh tiót diện đcii t h a m RIU chịu lực t ổ n s tho c ũ n ạ n h i c ụ c b ộ , ví d ụ b ả n m ặ t c ầu vừa (ham liia chịu IIón cục hộ, vừa là ban trôn c ua d ám chú t h a m g ia c h ị u n é n, u ố n d ọ c

va Iiiiang.

N u o à i ra, u ẽ t d i ệ n h ộ p c ò n c ỏ k h á núng c hổi i i i x o ắ n t J t n c n c ó thế đ ám n h i ệ m thay cho sziàn, trườne hợp đó có the chi can hố trí niòt rnãt p h ầ n " dây giữa cầu Một mặt

ra sỏne, đặc biệt với cáu có dày dàv khoang nhỏ (hình 1 2.22)

Tr én q ua n đ i é m kiến trúc, inộl m ặ t p h á n g d â v vơi s(í d o hi:ì kv, ớ m ọ i vị trí, m ọ i t ẩ m

n hì n, dây tạo t h ù n 1! một manLĩ các d i r ờ n s nét m a n h , t h o n u ’ v'à k h ô n g bị g i a o c ắt n h a u

l ộ n x o n n h ư i r o n e c á u c ó nhicLi 111Ạt p h u i i £ d â y

! u V n h i ê n t r o n " hộ m ỏ i m a ! p h a n lĩ d â y c a n c ó d a m cl ì ú l‘Vn, tiết d i ệ n h ộ p đ ủ c h ố n g

x o a n d i c h ị u lai t r ọ n ẹ l ệ c h t a m YU ỎI1 đ ị n h k h í đọiiLí.

Cảu một mật pháim dây tỉược ápdụns* vào một so c;:Li ÍÌVIÌ thê giới như: cầu Brotonne

c ỉ a n 2 \ ã v d ự n u c á u Bãi C h á y , c á u m ộ t m ặ t p h ả n ” d a v l ì ' n h : p c h í n h 4 3 5 m , c h i ề u r ộ n s

cati 2 \3m Cho đốn nav cau Bài Clìáv «iử ký lục vổ chici, cìài n h ị p cầu dâv văn s bồ íông

c o t t hóp m o i mặ t p l n m u d a y

Trong cầu m ột mặt phẳng dây, tháp thường có dạ n g một cột đứng giữa cầu (hình 12.22a) T he o phương ngang, tháp làm việc như một th anh một đầu ngà m , một đầu tự do chịu hầu như toàn bộ tĩnh và hoạt tải đứng trên nửa cầu hộ ba nhịp và tải trọng ngang do gió tác dụng lên dây và tháp Kích thước chân tháp đủ lớn để đ ả m bảo ổn định thì sẽ chiếm diện tích phần xe chạy, chân tháp nhỏ sẽ khó đ ả m bảo ổn định khi bị nén uốn Để khắc phục nhược điểm trên, có thể áp d ụn g tháp dạng A (hình 12.22Ò) Thá p dạng A trong

hệ một mặt phảng dây với kích thước vừa phải hoàn toàn thoả m ãn các điều kiện chịu lực

và cấu tạo mà không chiếm nhiều diện tích phần xe chạy Ngoài ra trong hệ một mặt phẳng, dây văng được neo vào một điểm giữa bản mặt cầu (bán m ỏ n g ) khó có thể truyền đều lực nén lên toàn tiết diện hộp Để khắc phục nhược điểm trên có thể chọn tiết diện hộp

có thêm hai vách ngăn tại giữa nhịp để truyền lực nén của dây lên toàn tiết diện

Vì vậy khi thiết k ế cầu dây văng, việc áp dụng phương án một mặt phắng dây tiết diện hộp kín cần được xem xét tỷ mỷ trên cơ sở kỹ thuật thi công, giá thành và tính thẩm mỹ.Cuối thế kỷ XX, bắt đầu từ những nă m 80, khi thiết kế các cầu nhịp lớn, kh ổ rộng, đê giảm chiều cao, độ lớn của d ầ m chủ và hệ mặt cầu, cầu dây văng có nhiổu mặt phẳng dây mới được khẳng định lại ưu th ế của mình

12.2.5.5 Các dạng tháp cầu và liên kết với trụ

Trong cầu dây văng, tháp là bộ phận quan trọng có lính chất quyết định đ ến chi tiêu kinh tế kỹ thuật và độ an toàn công trình T há p cầu chịu toàn bộ tĩnh và hoạt tải tác d ụ n a lên kết cấu nhịp, thông qua trụ truyền tải trọng x uố n g đất nền Tuỳ theo kích thước và liên kết của tháp với trụ, hoặc m ó n g có thể phân biệt hai loại: tháp m ề m và tháp cứng.Thá p m ề m theo đúng nghĩa là tháp có dạ ng một k h u n g ngang, liên kết khớ p với trụ hoặc móng Với liên kết khớp, nếu d ù n g sơ đồ dây đ ồ n g quy, tháp k hô n g chịu m ô m e n uốn theo phương dọc (hình 12.23a) Đ ộ ổn định tĩnh học của tháp được đ ả m bảơ bằng dây neo liên kết với đầu d ầm chủ Với mọi tổ hợp tải trọng, dây neo phải đ ả m bảo luôn chịu kéo T h á p cầu m ề m được áp d ụ n g nhiều trong các cầu treo d ây võng ở nước ta và vào cầu dây văng Saint - Nazaire ở Pháp

Hình 12.23 Các dụng tháp cầu niêm a) Tháp liên kê! khớp với trụ; b) Tháp liên kết níịàm với trụ; c) Tháp liên kê! Iit>àm với chun c/ití

Trong nhiéu trường hợp dể đơn gian thi công, đám bảo ổn đị nh trong quá trình lắp ráp, sửa chữa, dặc biệt khi dùng bê ‘ông cốt thép thì tháp thường liên kết ng àm với mỏng Tuy nhiên do kích thước tiết diện ngang không lớn, độ cứng nhỏ, đỉnh tháp lại được liên kêt với mô cầu qua dây neo tạo thành tam ai ic cư bán, thá p cầu, tuy liên kết ngàm với trụ, cũnR thường được xem là tháp mề m (hình 12.23b).

Đa sô các trường hợp, tháp cầu tựa trên đỉnh tru hoặc irựe liếp lên móng The o phương ngang khoảng cách tĩnh giữa các cột phái đủ rộng đe đám bao tĩnh không mặt cầu

Trong các cầu một mãt phẳng dày, tháp một cột đơn dưng £>iĩra cầu có thể ng àm trực liêp vào dẩm chú, thông qua gối truvền phản lực x u ô n e trụ và m ó n g (hình 12.23c) Nhiều trường hợp, để giảm độ lớn cua d ám ngang, mặt cẩ u cổ thể cấu tạo dạ n g cán h gà, [rong đó phán bên trong hai giàn dâv bô trí cho xe nậne phần cán h gà b ố trí đường xe nhẹ, hoặc đường người đi

Đối với cầu hai hoặc nhiều nhịp việc b ổ trí các dây neo gặp khó khăn Để đả m bảo hạn c h ế chuyển vị đỉnh tháp, thường phải cấu tạo tháp có độ cứn g lớn theo phương dọc 'Pháp cấu đứng độc lập (không có đâv neo), chịu toàn bộ lực n g an g do các dây văng iruyển vào Để có độ cứng lớn, tháp thường có dạng c h ữ A licn kết n g à m với mó ng , khi

The o phương ngang, các cầu có hai mặt phẳníỉ dây thì tháp thườno có dạng hai cột đứng thẳng và độc lập (hình 12.25‘à ) Để tăng cường ổn định nsỉang các cột dược ơiằiis ngang tạo thành khung kín (hình 12.255) Thá p cầu dạng trên dược dù n g trong các cáu

có hai mặt phẳng dây Do cột tháp thẳng đứng nằ m ngoài mặt cấu nên các dây neo vào

dầ m tạo thành mật dây nghiêng, gây lực kéo ng ang trong mặt cầu (hình 12.25ab) Đổ tránh hiện tượng trên, thường bố trí tháp dạng hình ih ans hoặc tam giác, tạo các mặt dây thẳng đứng hoặc nghiêng, đé triệt tiêu lực kéo ngang hoặc tạo lực nén trước trong hệ mặt cầu (hình 12.25) Đối với cầu một mặt phẳng dâv thì có thể áp d ụ n2 các sơ đổ hình 12.25 e,g,h.i

íăno c ư ờ n u d ơ c ứ n e c ủa d á m c hịu tai t r oi m cục bỏ Dưới ' ác d ụ n g c ủ a tải t r ọ n g p h â n bỏ trịn tồn nhịp, dĩ c ứn a c ủ a d a m a n h hướiìH k h ị n e d á n g k-} đ ế n đ ộ v õ n g c ủ a hệ, đ ặ c biệt

là các cầu nhịp lớn, dây dày, khoang nhỏ thì anh hướng nay lại cà n g nhỏ Kết quà

n uhi ên cứu c h o thấy khi tăn<j đ ộ c ứ n s d ầ m c h ủ lén hai l á r , đ õ Yỏns d o h o ạ t tải chỉ g i ả m 5% Khi chịu tải trọns cục hơ, dâm cứng liên tục cĩ tác dung phân b ố tải trọng lên dây

và các k h o a n g d á m lân c ặn , neói ra d ầ m c ứn g cịn làm d ư ờ n g đ à n h ồi trơn tru, tr á nh đưưc các điêm gav của biếu đổ đõ võng, tạo điều kiên khai \hÁc tốt cho cầu.

v ề mạt cấu tao dam chu cần được thiết kố để cĩ hẹ sè) cĩ hiệu của tiết diện Ễ, lớn nhất (c = I/Avv’) Ngồi ra cẩn đơn giản trong cấu tao và thi cơng , tránh tối đa các khớp

và khe nổi trên cẩu

Dám cứng chú yếu chịu nén nẻn d u n s bê tỏng cốt thép thích hợp, đ ặ c biệt trong c ơ n g nghệ thi cỏne hẵng thì cầu dày văng cĩ thế được coi là câu dầm lỉèn tục, thi cồng hẩng, cốt thép ngồi Cốt thĩp rmồi trong cáu dàv vãng cĩ cánh tay địn từ trọng tâm dầm cứng đến các dây lớn hơn nhiều so với cầu dầm liên tục, dầm cúng và đâ v cĩ tiết diện và khối lượng

n h ỏ hơn, do đ ĩ cẩu dày v ã n s vượt n hị p dài hơn, cĩ các chi ĩiơu vật liệu t h ấ p hơn

Nuồi ra dưứi tác dụng của tĩnh tài, lực nén tnrớe trong d ầ m cứng do các dây văng truvền vào luơn ổ!ì định khơng bị mất mát tức thời và lâu dài, nên cầu dây văng cĩ thể coi

là cáu bê tỏnẹ tự dự ứĩi£ lực troniĩ dĩ lực nén trước trono dá m co thế triột tiêu hoặc giảm

ÍUV 2 suất kéo do inỏm en uịn g àv ra Ý urớrm dùng t v tỏníi cot thép tron g cầu d â y v ă im

dược (hực hiọn nuay từ thời kỳ đau plìát triển Khi đo tiết diộn d ầ m chủ bê tơng cốt thép dược cáu tạo dirơi daim các đán 1 chu l lìgƯỌL, cliữ iỈỈÙ51 Iìỏhl tU'l íiiộn hộp (hình 12.26)

H ì n h 1 2 2 6 ( ' á c Ỉ I C Í d i ệ n d ú m c h ú b ằ f ỉ i > b c ỉ õ i i ^ í ;>í ỉ h c p ỉ n Ỉ / 11 > c á n c h ìV v ữ i i i ị

íi) T i ế t d i è i ỉ c h ữ n h ậ t ( c â u D a ì ì ì í ’ / V n ỉ )

H ìn h 12.26 Các tiết diện dầm chủ bằnẹ bà tônọ cốt thép Ironq cầu dây văiiỉỊ

D ầm chủ thường được thi công lắp ghép, hoặc đúc tại chỗ trên giàn giáo, trong đó giàn chủ gồ m d ầ m cứng và dây được thi công trước, sau đó đến hệ d ầ m mặt cầu Hệ dầ m mặt cầu thường là các d ầ m ngang tiết diện T, I, chií nhật ^ằng '■'ê tông d ự ứ n° lực kê lên

d ầ m chủ Sau khi lắp xong hộ dầm, bản mặt cầu được đúc tại chỗ đổ liên kết m ạ n g dầm.Hình 12.26a oiới thiệu kết cấu dầ m cầu Da m c Point ở Florida (Mỹ) T r o n " đó dầm chủ và d ầ m ngang đều có tiết diện chữ nhật Hình 12.26b,c giới thiệu d ầ m chủ tiết diện

u ngược và hộp lắp ghép Hiện nay cầu dây văng thường được thi công bằng cô n g n s h ệ thi công hẫng, đặc biệt với d ầm cứng bằng bê rôno cốt thép thì có thế áp d ụ n g cổ ng n ” hẽ đúc hảng trên giàn giáo treo, khi đó cần cấu tạo dầ m chủ vừa đ á m bảo chịu lực vừa thuận tiện cho công tác thi công, di chuyển giàn giáo, ví dụ, d ầ m chủ tiết diện bản dặc

ch ữ nhât

Ì9Õ0^50ổ 5 0 0 1 9 0 0

Hình 12.27 Tiet dỉệiì lìựanạ dám CÍOIỈ* bẽ ỈÕIỈL1 c M íhép dổtóỉì khối

a) Cầu Nhị Kiêu ỞTi ìiỉìạ Khánh, Truni> Quốc; h) Tici diện cầu M ỷ T h u ậ n ;

(■) T iế t dìệỉi nạcuìỉị cầu Bourạoyie; d) Tièì íỉiệìĩ /I' câu Rạch Miều

Dầm chủ có thể có dạng chữ nhật, bô trí trong mặt phẳng dây, hệ mật cầu gồm c ác

d ầm ngang liên kết hai d ầ m chú, bên trên là bản bê tông cốt thép mặt cầu Hình 12.27a

là mặt cầu toàn khối của cầu Nhị Kiều qua sông Trường G ian g ở Trùng Khánh, Tr u n g

Quốc Cầu có ba nhịp (169 + 44 4 + 169)m, tiết diện ngang g ồ m hai d ầ m chủ dạ n g chữ

nhật cao 2,5m (1/178)/, rộng l ,7 0 m , d ầ m n ga ng tiết diện T cao l , 8 4 4 m , bản mặt cầu dày 28cm liên kết toàn khối với dầ m chủ và dầ m ngang, tạo dám chủ thành tiết diện chữ nhật

có cánh, tăng tính toàn khối và độ cứng kh ông gian cúa cáu Dây văng bố trí giữa d ầ m

c hủ c ó thể g â y k h ó khăn c h o c ô n g tác b ố trí n e o, vì n e o c ó thể c h i ế m c h ỗ CỎI t hép d ọ c

của dầm, đồ ng thời neo bị nhô ra ngoài mặt dưới d ầm làm mất vẻ mỹ quan

Tiết diện ngang cầu Mỹ Thuận cũ n g có kết cấu tương tự Cầu chính gồ m ba nhịp: (150 + 350 + 150)m, để dễ tháo vấn khuôn, hai dầ m chứ có tiết diện hình thang cao l,7 5m , mặt cầu dày 25cm, dầm ngang cách nhau 5,2m (hình 12.27b)

Nếu trong cầu Nhị Kiều các dây văng neo vào tim dầ m chủ, thì ở cầu M ỹ Th u ậ n dây văng lại neo vào đầu d ầm ngang bố trí hẫng ra ngoài dầm chủ Các h bô trí n hư vậy khắc phục được các nhược điểm của tiết diện ngang cẩu Nhị Kiều

Hình 12.27c si ới thiệu dầ m chủ dạng chữ nhật đổ toàn khối ciia cầu Bourgogne (Pháp) Hai cỉẩin chú dạ ng chữ nhật đúc toàn khối với dầ m ng an g và bản mặt cầu Tại vị trí các neo, d ầ m chủ được khoét lõm che khuất đầu neo

Trong cầu Nhị Kiều, cầu Mỹ Th uậ n và cầu Bourgognc, phía ngoài dá m chu và í>iàn dày bô Irí bán hẫng dường người đi Cách bô trí như vậy có thể giám nhẹ hệ dám ngano Trong cầu Rạch Miều, d ầ m chủ và giàn dây lại bố trí tại hai biên tiết diện (hình 12.27íl) Cách bỏ trí như vậy là dê’ thuận lợi cho việc bố trí đường trượt giàn giáo, vì giàn giáo đúc hẫng trong cầu Rạch Miẻu nằm dưới dầm chủ đã đúc xong c h ứ k hô ng nằ m trên mật cầu như các cầu Nhị Kiều, Mỹ Thuận

1036

Ỷ m 7/ ; J I ,1 «1._ ị ỵ KỈ

Hình 12.28 Dâm chủ iiếỉ diện liỉnli máỉỉạ íỉủc ỉại chỏ

Đ ể eiảm khối lượnu vật liêu tãna độ cứng dám chú có the sử dụng tiết diện hộp rỗng Hình 12.28 giới thiệu k ế t cấu một cẩu đuờng sát tại An h xây dựng nã m 1979 Cầu thiết k ế cho đường sắt dôi, có dầm chủ bằng bê tông cốt thép tiết diện m án g, g ồ m hai hộp rỗng, mỗi hộp cao 2.76m r ộ n 2 l , 6 m nối với nhau bằng bản bê tông cốt thép dầy 80cm Tiết diện máng cho phép cáu tạo ván khuôn đon gian, thích hợp c h o cô n g nghệ thi cô ng hẫng trên giàn giáo treo.

Trong quá trình xây dựng cầu dây v ã n s dầ m cứng bằng bê tông cốt thép, q u a số liệu thống kẽ khối lượng các loại tiết diên khác nhau đã phát hiên m ột điểu thú vị là chiều dày quy đổi c ủ a mặt cầu dày khoảnu 5 0 c m (bảng 12.1)

Bảng 12.1 Chiếu dày trung bình của bản bê tỏng cốt thép trong cầu dây vảng

p hảng d âv

Nhị p chính (in)

Ch i ề u rộng mật cầu ( m )

Chi ều d ày trung bình ( m)

R i o Elhro (Spain) 2 tháp nghi êng 1 dày đàv 146 30 2 4 , 6 0 4 9

Bảng 12.1 cho thấy tất cả các cầu dây dày, k hoa ng nhỏ đều có khối lượng bê tông trong k ho ản g 0 , 5 r r r / m 2 mật cầu, còn các cầu dây ít, kh oang lớn, ảnh hưởng củ a m ô m e n uốn cục bộ làm tăng rõ rệt khối lượng bê tông d ầ m (cầu Carpentino ở Italia có chiề u dày quy đổi 0,62m).

Tiết diện hộp có độ cứng chống uốn lớn (hệ số có hiệu của tiết diện Ẹ, = 0,6), nhưng lại gây m ô m e n do hoạt tải lớn và c h ế tạo phức tạp Trong cầu dây văng đ ộ cứng của hệ chủ yếu do các dây đả m nhiệm, việc giả m đ ộ cứng chống uốn của d ầ m đ ồ n g ngh ĩa với việc giảm m ô m e n uốn Với mỗi trị sô độ cứng dầm, ta được mộ t giá trị m ô m e n uốn tương ứng, T r r s ố nào cho ứng suất d ầ m nhỏ nhất sẽ là độ cứng tối ưu cần chọn

Tiết diện đơn giản nhất theo quan điểm thi công là tiết diện bản đặc Tiết diện bản dặc

do Rene Walther đề xuất trên cơ sở m ô m e n uốn trong dầm chủ giảm khi giảm độ cứng dầm và ông đã thực hiện một cầu trên đường ôtô qua sông Rhin ở Diapolsau (Thuỵ Sĩ)

nă m 1984 Cầu có nhịp chính 97m, d ầ m cứng là một bản rộng 14,5m, dày 3 6 cm ở biên

và 5 5 cm ở giữa (hình 12.29) D ầm bản được đúc trên giàn giáo treo hẫ n g dài 6m , đ ú n g bằng chiều dài khoang dầm Sau đó n ãm 1993 ở Hy Lạp đã xây dựng một cầu có kết cấu tương tự, cầu có nhịp chính 21 Om, d ầm cứng là một bản đặc rộng 14m, chiổu d ày kh ông đổi 45cm

1 4 ,5 0

H ìn h 12.29 Dầm chả tiết diện bản dặc, cầu C/Iia sônq Rlii/I ở Dicpoỉdsaii

Chiều dày của tiết diện bản đặc chủ yếu phụ thuộc vào khả nă n g chịu uốn theo phương ngang Tiết diện bản đặc tạo điều kiện thi công trên đà giáo đơn giản nhất, tuy nhiên khi cần tăng chiều cao để tăng độ cứng thì khối lượng vật liệu và Irọng lượng bản thân tăng rất nhanh, vì vậy tiết diện bản đặc có thể không thích hợp với các cầu rộng khi cần tăng chiều dày tiết diện để chịu lực theo phương ngang

Để đả m bảo phân bố vật liệu hợp lí, tãng m ô m e n quán tính ch ố n g uốn và ch ố n g xoắn thì có thể tăng chiều cao dầm, khoét r ỗng lòng tạo thành tiết diện hộp

Trên n guy ên tắc tiết diện hộp gồm bản mặt cầu, bản đáy và các vách đứng Chiều rộng bản mặt cầu do khổ cầu quyết định, chiều rộng bản đáy có thổ nh ỏ hơn do mặt cầu

có phần hẫng, chiều cao hộp thường chọn lớn hơn khoảng 2000r nm n h ằ m đ ả m bảo đủ không gian thi công trong lòng hộp Chiều dàv bản mặt cầu cần đú chịu lực cục bộ theo nhịp bản, thường lớn hơn 180 2 0 0 m m , chiều dày bản đáy thườno c h ọ n từ điều kiện

chịu nén dọc và đủ dàv đẽ bố trí cốt thép thường và dư ứng ] ực (180 H- 2 0 0) m m Số lượng

và khoảng cách giữa các vách thường ch ọn để nhịp bản k h ô n g q u á lớn Với chiều dày vách 180 4- 250mm thì khoảng cách cá c vách có thể chọn từ 4 -ỉ- 6m Vách có thể bố trí thẳng đứng hoặc xiên (trừ các vách trong ở các tiết diện có số vách lớn hơn hai) The o chiểu dọc có thể bô trí một số vách n ga ng để tăng cường đ ộ cứn g chố ng xoắn V ác h ngang nhất thiết phải có lỗ để lưu t hôn g trong lòng hộp Số lượng vách n g an g nên chọn tối thiểu để đơn giản cấu tạo và dễ tháo lắp ván khuôn Th ô n g thường các vách n g ang bố trí tại tiết diện trụ tháp, tiết diện giữa nhịp và có thể vài chiếc ở tiết diệ n trung gian

a)

[

901

414

1834/2

1740/2 70

1420/2

d) Tiết íỈiệtỉ hộp chữ ìỉhậĩ cáu Maracaibô; b) Tiếĩ diện hộp cẩu Yutĩgyang ở Hán Giang;

c) Tiết diện ngang cấu Kiên

Hình 12.30a thể hiện cấu tạo tiết diện d ầ m chủ của cầu d ây văng M ar aca ib ô Tiết diện h ộ p c h ữ nhật bằng bê tông dự ứng lực cao 5 0 0 0 m m , đáy rộng 14,2m, bản mặt cầu rộng 17,4m được đỡ bằng 4 vách thẳng đứng đặt cách nhau 4,7m.

Tiết diện hộp chữ nhật có nhược điểm cản gió lớn, nên chỉ dù n g c ho các nhịp nh ỏ và vừa (< 200m) Đối với các cầu nhịp lớn, thường bố trí vách ngoài xiên tạo d á n g thoát gió Hình 12.30b giới thiệu tiết diện ngang cầu Y o n gya ng qua sông Hán Giang , Trung Quốc Cầu có sơ đồ nhịp (86 + 4 14 + 86)m Tiết diện ngang là một hộ p kín d ạ n g thoát gió cao l ,8 8 m , rộng 15,6m, chia làm ba ngăn, ngăn giữa rộng 6m Hai khối bê tông cốt thép chịu nén b ố trí ở biên, kích thước mỗi khối (1200 X 70) mm Hình 1 2 3 Ơ C giới thiệu tiết diện ng ang dạng hộp lắp ghép ba ngãn cầu Kiền (Hải Phòng) Mặt cầu rộ ng 16,7m, cao 2, 2m chia làm ba ngăn, mỗi ngăn rộng 4,5m, hai khối bê tông chịu nén, mỗi khối có kích thước (1,2 X 0,6)m Vách đứng và xiên đều có chiểu dày 2 0 0 m m , bản mặt cầu dày

3 0 0 m m , bản đáy 20 0m m

Đối với cầu hai mặt phẳng dây, ngoài các yêu cầu thông thường củ a tiết diện hộp, tại các m ép biên dọc theo tuyến neo dây, còn cần cấu tạo hai khối bê tông đặc đ ể trực tiếp nhận lực nén do dây văng truyền vào

Với hệ có một mặt phảng dây nằ m giữa cầu thì lại cần tập trung vật liệu chịu nén vào piữa hộp bằng cách thèm các vách đứng Vách đứng giữa hộp của cầu một mặt phẳnií dáy Ngoài chịu nén dọc, còn trực tiếp chịu phản lực của tháp một cột truvền q u a d ầm chủ x uốn g trụ cầu Hình 12.3l a giới thiệu mặt cắt ngang cầu Iỉải Y ến ở Q u ả n g Châu, Trung Quốc Cầu ba nhịp, một mặt phẳng dây, có sơ đồ: (85 + 175 + 85)m Tiết diên ngang dạ ng hộp cao 3m, rộng 30m, tại khu vực giữa tiết diện bô' trí hai vách dọc, cách nhau 4 m để tiếp nhận lực nén dọc Hình 12.31 b giới thiêu mặt cắt ng an g cầu Shimen, tỉnh Sichuan, Trung Quốc Cầu hai nhịp, một mặt phẳng dây, nhịp ch ín h dài 2 3 0 m Tiết diện ngang là một hộp kín cao 4m, rộng 24,5m, hai cánh hẫng mỗi bên dài 4,25in

Trong các cầu một mặt phẳng dây, để tăng cường khả năng ch ố n g xoắn khi chịu tải trọng lệch tâm, trên mặt cắt ng ang còn có thể bố trí các thanh ch ố n g xiên n h ư c ách giải quyết ở cầu Brotonne và cầu Bãi Cháy Tha nh ch ố n g xiên có thổ làm bằng bê tông dư ứng lực hoặc bằng thép (cầu Bãi Cháy)

Tiết diện hộp kín có độ cứng chống xoắn lớn nên rất thích hợp c ho các cầu một mặt phảng dây Đối với cầu hai mặt phẩng dây, độ cứng ch ống xoắn chủ yếu do các giàn dây

đ ả m nhiệm, nên để đơn giản cấu tạo và thi công có thể dù ng các loại tiết diện k h ôn g hoàn toàn kín Ví dụ có thể bỏ bản đáy khu vực giữa, khi đó tiết diện gọi là nửa hở, trong đó tiếí diện gồ m hai hộp nhỏ ở hai biên được liên kết với nhau bằng các d ầm ngang và bản mặt cầu, gọi là tiết diện hộp mở Tiết diện hộp m ở thoát gió tốt, được áp dụng rộng rãi trone các cầu dây vãng hai mặt phẳng dâv hiện đại (hình 12.32) Nhưực điểm của tiết diện hôp m ờ là không có đường lưu thông trong lòng hộp, gây khó khăn chơ công tác kiểm tra, sửa chữa và thi còng

H ìn h 12,31 7 iết diện lìíịciniị dạiií’ hộp kín của cún một m ật phaiiíỊ chh’

a), b) Cán Hài Yến vờ cầu Slìimen, Trung Quác; c) c á u Bãi Cháy

Hình 12.32a là tiết diện ngang cầu Pasco Kenevvich (Mỹ) , cầu có nh ịp chính 300m Ở

Tiuiir Quốc, những năm eần đây cũng áp dụng phổ biến tiết diện h ộ p m ở c ho cầu dâyvãns như cầu Yonghe thu(>c tính Tianin cầu có nhịp chính 2 5 0 m , mặt cắt n ga ng dạnghộp mớ r ộn ” 14,5m, cao 2m (hình 12.33b ) xây d ự n s năm 1987 và cầu Jinan ở Shandons, cầu ba nhịp (94 + 220 + 94)m, tiết diện n g a n ” d ạ n s h ộ p m ớ rộng 17,2m, cao

2 , 7 4 m (hình 12.32c)

Tiết diện câu tạo và thi công đơn giản nhất có d ạ n s bán các hoặc bụng cá Hiện đang

có khuynh hướng nghiên cứu phổ cập loại tiết diện này tror.s cáu dây vãng nhịp nhỏ và

vừa Với chiều dày bản kh oảng 40 4- 50 cm thì chỉ tiêu vật liệu k h ô n g lớn hơn các tiết diện hộp hoặc dầ m sườn thông thường Cũng với chiều dày như trên, tiết diện hoàn toàn

đủ chịu uốn ngang cho các cầu rộng 15 -7- l ổ m T he o phương dọc cầu khi g iảm chiều cao tiết diện đồn g thời cũng giảm m ỏ m e n uốn trong dầ m chủ Trên cơ sở lí luận n h ư vậy, dã

có đề nghị dù n g tiết diện ngang bản đặc được tãng cường bằng các sườn n g an g để dùn g cho các cầu rộng Kết cấu trên được kiến nghị áp dụn g thử vào cầu người đi Na po le o n ớ Pháp (hình 12.33)

H ình 12.32 a) Tiết diện ngang cầu Pasco Keiuiewich (Mỹ);

b, c) Các tiết diện hộp m ỏ ả'Trung Quốc

Đối với các cầu rộng, dể tránh m ô m e n uốn ngang quá lớn thì có thể d ùn g nhiều tnặ!

phẳng dây, d ùn g nhiều cầu hẹp đứng song song hoặc dù ng tiết diện n g a n ° d ạ n g cán h gà như kiến nghị dùng cho cầu Store - Belt ở Đ an Mạch (hình 12.34)

H ình 12.33 Bàn mặt cầu có sườn ngang (cầui ì'iaooỉeon)

Vàn đề được quan lâm hàng dầu trono quá trình thiết kế là c h ọ n chiều ca o d ầ m cứng Khác với chiều cao trong hệ dầm, khung, dầm cứ n s trong cầu d ây văng làm việc như một dầm liên tục tựa trên các gối dàn hồi Với các he dãv đàv, k h o an g nhỏ thì m ô m e n uốn do tĩnh tải xem như không đáng kể, m ô m en uốn do hoạt tải phụ thuộc vào độ cứng của các gối đàn hồi (độ cứng chịu kéo cúa dây văng) và do cứ ng chịu uốn của dạm Nếu chọn độ cứng của dầm I lớn (chiều cao d ầ m lớn) thì m c m e n k h á n g uốn của tiết diện I/v lớn (giá thiết tiết d iệ n đối xứ ng V = v ’), đ ồ n g thời m ô m e n u ốn c ũ n g lớn V ậ y v ấ n đ ề c ầ n xem xct phái là cực tiếu hoá ứng suất dầm:

ơ = N/A + Mv/ITrong đó:

N - [ực dọc trong tiết diện;

A - diện tích tiết diện;

Tiết diệ n hộp kín mộ t mặt ph ẳng dây:

Cầu Hải Yến: h// = 3,0/175 = 0,017/ = (1/60)/

Cầu Brotone: h// = 3,8/320 = 0, 01 18/ = (1/85)/

Cầu Iroise: h// = 3,48/400 = 0, 00 87/ = (1/115)/

Cầu Bãi Cháy: h// = 3,8/435 = 0, 008 7/ = (1/90)/

Các sô' liệu trên d ù n g để th am khảo, khi thiết k ế cho m ộ t cầu cụ thể cần ng hi ên cứu

m ộ t chiều cao hợp lí dựa trên cơ sở chịu lực, c h ế tạo và thi công đơn giản nhất.

12.3.3 Cấu tạo dây văng

Cầu dây văng có thể vượt được các nhịp dài và rất dài, do đó dây văng thường có chiều dài lớn, được căng và neo vào hai điểm c ố định trên d ầ m và tháp, dưới tác dụng của tải trọng bản thân, dây bị võng, khi chịu hoạt tải lực càng tăng, đ ộ võng giảm, dây duỗi thẳng, gây biến dạng phụ Để hạn c h ế ảnh hưởng trên, dây thường được c h ế tạo từ các sợi thép cường đ ộ cao dạ n g các sợi thép đơn đặt song song hoặc bện lại th ành bó cáp

Bảng 12.2 giới thiệu tính chất của m ột số loại cá p dùn g trong cầu dây văng

Bảng 12.2 Các loại cáp thường dùng trong cầu dây văng

* C h ư a kê ả iiìì hường cù a neo

- Cáp là thuật ngữ chunsỉ để chỉ một bó dâv mềm, dễ uốn, k h ố n g chịu được nén uốn.

- Th ép thanh là các thanli thép có đ ườn g kính lớn, chiều dà: h ạn c h ế (do điều kiện c h ế tao và vặn chuvến) (hình 12.35a)

- Thé p sơi là thép có đường kính nhò, dài, chỉ chịu '.lược lưc kéo, khỏ ng có khả năng chịu nén, uốn (hình 12.35b)

- Tao cấp là một tổ hợp của nhiều sợi thép, quấn thành m ộ t h ay nhiều lớp q ua nh một

sợi đon làm lõi, tạo ra tiết diện tròn (hình 12.35c) Tao cáp g ố m m ộ t lõi và một lớp dây goi ià tao dơn

- Cáp kín cấu tạo giống tao cáp nhưng nhiều lớp, các sợi ở lớp ngoài có tiết diện hìnhthang và hình z ép chạt vào nhau khi cuốn qu anh lõi (hình 1 2.35d).

- Bó cáp là tổ hợp của nhiều tao q uấn xoắn ốc với nhau (hình 12.35e)

- Cáp cỏ sợi song sons là các sợi thép đặt song song xếp theo hình chữ nhật, lục giáchoặc tròn (hình 12.35°)

Các loại vật liêu cơ bản để cấu tao dáy văng có thê:

ỉ 2.3.3.1 Dáy vàng gồm các thanh đặt song song

D â y được c ấu tạo từ c ác t h a n h t h é p đật song s o n a vci n h a u t r o n g m ộ t ố n g và đ ư ợ c

d i n h hình bằniĩ các vách Iieăn b ằ n2 c h à i dẻ o T r o n ” q u á '.rình lốp đặt, c á c t h a n h t h é p c ó thế tự do trượt d ọ c t h e o l u y ế n d â y , n ê n việc c à n2 kéo và n e o c ố c ó t hể thực h i ệ n đ ơ n

ai án cho từĩiụ t ha n h Sau khi c ă n 2 k é o XOI1S có the bnìn v ữa vi m ã n g t r o n g l ò n g ố n g ,

đ á m ố n e b ọ c CÙI12 t h a m RÌa c h ị u h o a i t ài

Các thanh c ó d ư ờ n e kính n h ỏ (dưới 1 6 m m ) tlurờrm có d n e A đ à i h‘v ô t ậ n " và đ ư ợ c vậ n chuyển dưới dang cuộn Các thanh có đường kính lớn h o n đ ư ợ c c h ế tạo và vận chuyển dưới da ne tlianh có chiểu dài 15 -H 20m Việc nối dài các í nanh đ ườn Si kính lớn thường thực hiên qua 6nụ nối ren rã ne (hình 12.36b) Mối nối IV lì ra ì II làm RÌảm liốt diện dây, gáy ứns suãi tập tru ne và eiáin cường clộ mỏi cua thép

0

gì

lĩìn h 12.35 ( 'ác loại cáp clìtiỉiị /ờ/'/ òih ÌÍỊO

Để tránh bị giảm tiết diện, đoạn đầu nối thường được c h ế tạo cổ đường kính lớn hơn Dây văng bằng các thanh thép đặt song song đã được áp d ụ n g vào cầu Hocchst qua s ô n g

M ain ở Đức n ă m 1971 và cầu q u a sông Pơ nă n g ở M ala ysi a n ă m 1985 T h é p th anh có

cường độ giới hạn khoảng 1000 MPa, đư ờng kính từ 15 H- 3 6 m m Vì thép thanh có cường độ trung bình nên tiết diện thường lớn hơn so với thép sợi ho ặc tao cáp

Đối với các cầu nhịp nhỏ và trung bình (100 + 150m), d ầ m chú bằng bê tỏng cốt thép (tĩnh tải lớn), việc d ùng thép thanh làm dây văng kín hoặc hở hoàn toàn có thể chấ p nhận được trên phương diện chịu lực cấu tạo và thi công Tại cầu Hoechst, D y w i d a g đã

dù n g 25 thanh thép kéo nguội đường kính 16 m m (thép St 135/150) đặt trong một ống thép dày 5 ,4 mm , đường kính ngoài 193,7mm Sau khi thi công, ố ng thép được nhồi bê tông và từ đ ó vỏ thép cùng tham gia làm việc với thép thanh Các chỉ tiêu c ơ lí của thép thanh có thể tham khảo bảng 12.3

ổ n g th é p

T h a n h đ ẳ u có mũ

7 n tJE 7 t ít.p j - f i I? jr ÍỈ.ÍÍ p'

H ình 12.36 Các dợ nạ thép thanh dùng làm clâv văng

Bảng 12.3 Các tính chất cơ lí của thép thanh

Đ ư ờ n g kín h d a n h địn h (m m ) 26,5 32 36 26.5 32 36 16 Diện tích đan h định ( m m 2) 551,5 804,2 1017.9 551 0 5 8 0 4,2 1 107,9 201,1

ứ n g suất 0 ,2 % ơ () 2 M P a 835 835 835 1080 1080 1080 1325 Cường đ ộ cực hạn p, (M P a) 1030 1030 1030 1230 ỉ 2 30 1230 1470 Lực cực h ạ n /th an h (kN) 268 828,4 Ỉ0 4 8 4 6 8 7,4 989,2 1252 29 5.6 Lực sử d ụ n g ( O ^ P ^ k N 225,6 372.7 4 7 1.8 305.3 445.1 563.4 133

12.3.3.2 Cáp gồm các sợi song song

Cáp g ồ m các sợi song song là các bó dây làm bằn a các sợi thép cườnp độ cao b ố trí song song troníỉ một ống thép hoặc nhựa Sau khi lắp đặt xong th u on u LKi, \ ữa xi mãng