7 phương án sơ bộ 1

- Cầu dây văng là kết cấu không biến dạng hình học do đó đảmbảo đợc độ cứng lớn.Hệ làm việc nh một dầm cứng kê trên các gối đànhồi là các dây văng.Việc tăng số lợng gối đàn hồi không làm

ch¬ng

III

pasb III: cÇu d©y

v¨ng

I Tổng quan về cầu dây văng

- Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hoá của nớc ta hiệnnay, xây dựng hạ tầng cơ sở là vấn đề vô cùng quan trọng Trong đóviệc xây dựng mới, cải tạo và nâng cấp hệ thống giao thông là tất yếu

- Một trong những yêu cầu đặt ra hiện nay đối với các cầu đợcxây dựng trên khắp cả nớc hiện tại cũng nh tơng lai là: vừa đáp ứng đợcyêu cầu giao thông hiện đại, giá thành kinh tế đồng thời đẹp về mặtkiến trúc, mỹ quan để có thể trở thành biểu tợng của Việt Nam hiện đạitrong tơng lai

- Trớc đây khi xây dựng cầu vợt qua sông thờng sử dụng cầu BTCT,BTCTƯST, Cầu thép ở dạng cầu dầm đơn giản hoặc liên tục kê trên cácgối cứng là mố và trụ, những loại cầu này chỉ kinh tế khi vợt nhịp vừa,nhịp nhỏ

- Nh vậy cần phải sử dụng loại cầu nào đó vừa đảm bảo vợt đợcnhịp lớn, công nghệ thi công đơn giản, giá thành hạ đồng thời đẹp về

mỹ quan

- Qua nghiên cứu tìm hiểu một số nớc đã và đang phát triển trên

cốt thép ứng suất trớc xây dựng theo công nghệ lắp hẫng tỏ ra có hiệuquả cao trên quan điểm kỹ thuật Nhịp lớn nhất xây dựng theo côngnghệ này đã đạt tới 240m (cầu Hamana ở Nhật Bản) Tuy nhiên giới hạn vềnhịp kinh tế của loại cầu này cũng chỉ khoảng 200m

- Cầu dây văng là kết cấu không biến dạng hình học do đó đảmbảo đợc độ cứng lớn.Hệ làm việc nh một dầm cứng kê trên các gối đànhồi là các dây văng.Việc tăng số lợng gối đàn hồi không làm tăng khối lợngcủa dây và lực nén trong dầm chủ nhng lại giảm đợc đáng kể mômenuốn trong trong dầm cứng , đặc biệt dới tác dụng của tĩnh tải thìmômen uốn trong dầm cứng gần nh đợc triệt tiêu Do đó CDV có thể vợt

đợc nhịp rất lớn mà lợng vật liệu tăng không đáng kể

- Hơn nữa, trong lịch sử phát triển của nghành cầu đờng thì cha

có một loại cầu nào có sức hấp dẫn, tập trung trí tuệ gây đợc niềm say

mê và cảm xúc sáng tạo cho các nhà khoa học, các nhà kiến trúc và đông

đảo nhân dân nh cầu treo đây văng Trong vòng hơn 40 năm, kể từngày xây dựng chiếc cầu đầu tiên Stromsund tại Thụy Điển năm 1955cho đến nay, cầu treo dây văng đã đợc xây dựng ở hầu hết các nớc trênthế giới, từ các công trình có chiều dài vài chục đến hàng nghìn mét,

đảm bảo giao thông an toàn cho ôtô và xe lửa Nhiều cây cầu với kết cấu

và kiến trúc độc đáo đã trở thành biểu tợng kiến trúc, di sản văn hóa củathời đại

- Đặc điểm cở bản có sức hấp dẫn của cầu dây văng là tính đadạng Tính đa dạng của cầu dây văng thể hiện ở số lợng và chiều dàinhịp, số mặt phẳng và các sơ đồ phân bố dây Hình thái và tầm caocủa tháp cầu cũng nh tính độc đáo của các loại tiết diện ngang tạo chocông trình có đủ tầm cao, tầm xa để thể hiện hoài bão và trí tởng tợngcủa con ngời

- Cầu dây văng với u thế về khả năng chịu lực, hợp lý về công nghệthi công, tính đa dạng về sơ đồ kết cấu đang trở thành các công trìnhtrọng điểm của nhiều nớc và cũng đang trở thành công trình đặc trngcủa thế kỷ 20 và tơng lai

- ở nớc ta , CDV đầu tiên đợc xây dng vào năm 1976 tại Đak’rông(Quảng Trị) nhng đến tháng 2 năm 1999 cầu bị sập do gỉ và đứt neo,sau đó đến năm 2000 cầu đợc sủa lại với dầm băng BTCT.Tiếp theo đó làviệc xây dựng cầu Mỹ Thuận (Tiền Giang – Vĩnh Long) bắc qua sôngTiền từ năm 1998 – 2001 , cầu sông Hàn (Đà Nẵng) , hiện nay vẫn đangtiếp tục xây dựng và hoàn thiện các cây cầu dây văng lớn và hiện đại

nh : cầu Cần Thơ bắc qua sông Hậu (Cần Thơ ), cầu Kiền bắc quasông Cấm (Hải Phòng ) , cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Bính (HảiPhòng) và hàng loạt các CDV cho nông thôn , miền núi và đồng bằngsông Cửu Long

II Giới thiệu chung về phơng án

1 Bố trí chung phơng án:

MNTN+ 2.30 MNTT+5.80 MNCN+7.00 0.00 1.15

15.94 16.80 13.48

9.48

100

-22.52 9.48

a. Kết cấu phần trên:

- Sơ đồ bố trí chung toàn cầu (80 + 166 + 80 )m

Tổng cộng chiều dài toàn cầu là 326.6 m

- KCN là cầu dây văng ba nhịp

- Chiều cao cột tháp dự tính: T1 là 49,45 m; T2 là 49,45 m tính từ đỉnh

bệ tháp

chiều cao không đổi là 1,5 m

- Số lợng dây cho một cột tháp 22 dây,toàn cầu có 22 cặp dây

- Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp :

+ Bê tông Grade 45

+ Cốt thép cờng độ cao dùng các loại tao đơn 7 sợi

+ Thép cấu tạo dùng thép CT3

b. Kết cấu phần dới:

- Tháp cầu dùng loại thân hộp chữ nhật rỗng đổ BT tại chỗ

 Cấu tạo mố cầu:

- Mố cầu dùng loại mố U BTCT, f’c=30 MPa

- Mố cầu đợc đặt trên móng cọc khoan nhồi đờng kính 1,0 m

III Tính toán kết cấu nhịp cầu dây văng

1 Chọn sơ đồ nhịp cầu

Chọn phơng án cầu dây văng ba nhịp có hai mặt phẳng dây đốixứng qua tháp cầu Sơ đồ phân nhịp 80+166+80 m

- Chiều dài các khoang dầm d=7 m

Mỗi một loại tiết diện dầm đa năng hoặc đơn năng đều có u

điểm và nhợc điểm khác nhau Song theo xu hớng thi công hiện nay thìviệc sử dụng loại tiết diện nào ngoài việc đảm bảo đợc điều kiện chịulực đồng thời đảm bảo công nghệ thi công đơn giản nhất phù hợp vớitrình độ thi công và đã đợc sử dụng trong nớc

Do vậy ta quyết định sử dụng tiết diện ngang dầm chủ đơn năng bằng

bê tông cốt thép theo kiểu dáng tiết diện ngang cầu Mỹ Thuận ( đã thicông ) Cầu chính Mỹ Thuận gồm 3 nhịp có sơ đồ kết cấu 150 + 350 +150m, tiết diện ngang gồm 2 dầm chủ tiết diện hình thang cao 2m, bảnmặt cầu dày 25cm, dầm ngang cách nhau 5,2m Dây văng neo vào đầudầm ngang bố trí hẫng ra ngoài mặt cầu

Theo thống kê các cầu dây văng trên thế giới và trong nớc đã và đang

500 600 250 2000

7000/2

1200

i=2%

3 Lựa chọn các thiết bị phụ cho cầu dây văng

Hiện nay, các tao cáp đơn đợc sử dụng rộng rãi cho kết cấu BTCT

ƯST và cầu dây văng vì các tao đơn dễ vận chuyển, dễ lắp đặt vàthích hợp với hệ neo thông dụng nhất hiện nay là neo kẹp

Đồng thời sử dụng dây văng đợc tổ hợp từ các tao thép giảm đợc độ giãncủa dây ( do độ võng của trọng lợng bản thân gây ra khi chịu tác dụngcủa hoạt tải )

Các tao thép đợc căng kéo riêng biệt và đợc ghép thành bó lớn trongcác khối neo ở ngay hiện trờng Công tác lắp đặt dây văng rất đơngiản vì dây đợc lắp từng tao nhỏ lên không cần giàn dáo Hệ neo dùngvới loại dây văng này là neo kẹp 3 mảnh giống hệ neo dùng trong cầuBTCT - ƯST

Khối neo là khối thép hình trụ có khoan các lỗ hình côn để luồncác tao thép và các tao thép này đợc kẹp chặt bằng nêm 3 mảnh hìnhcôn có ren răng Bên ngoài khối neo đợc ren răng và dùng một êcu đủ lớn

để xiết neo theo nguyên tắc vặn bu - lông

Phơng án dùng dây văng tổ hợp từ các tao thép 7 sợi và hệ neo kẹp

là phơng án tối u nhất vì so với các dây văng sử dụng cáp xoắn ốc haycáp kín thờng phải dùng neo đúc, loại neo này cần đợc đổ ở nhiệt độ

4500ữ 5000 là yêu cầu khó đảm bảo ở ngay tại công trờng Đồng thời việcvận chuyển lắp đặt các bó cáp lớn và dài sẽ gặp khó khăn hơn và việc

điều chỉnh nội lực dây văng bằng cách thay đổi chiều dài dây cũngrất hạn chế.

4 Hình dạng và tiết diện của tháp cầu

- Chiều cao tháp cầu đợc chọn sao cho đảm bảo các yêu cầu sau :

+) Đảm bảo liên kết giữa dây văng và tháp

+) Đảm bảo cho góc nghiêng của dây văng hơp lý trong quá trìnhchịu lực

- Từ các phân tích trên ta chọn tháp cầu có các thông số nh sau :

+) Chiều cao toàn bộ của tháp h th = 49,45 m

1,25m

- Sơ đồ bố trí dây :

- Bảng tính toán góc nghiêng dây văng:

- TÜnh t¶i giai ®o¹n I gåm cã c¸c bé ph©n sau:

- Tính trọng lợng dầm ngang và tai đeo dây văng: DCdc, DCtd

Số dầm ngang trên toàn nhịp

- Tĩnh tải dải đều tiêu chuẩn giai đoạn I:

DCITC = DCdc+ DCdn+ DCtd = 150,19+10,04+ 4,23 = 164,48 kN/m

- Tĩnh tải giai đoạn I tính toán :

DCITT = γ DCITC = 1,25 x 164.48 = 205.60 kN/m

 Tính tĩnh tải giai đoạn II:

Tĩnh tải giai đoạn II gồm có các bộ phận sau :

+) Trọng lợng lan can phần xe chạy

+) Trọng lợng lan can phần ngời đi bộ

+) Trọng lợng lớp phủ mặt cầu

DWIITC = DWlp+ DWlc+tv

- TÝnh träng lîng cña lan can phÇn xe ch¹y:

1- TÝnh träng lîng ch©n lan can

- TÝnh tÜnh t·i giai ®o¹n II:

+) TÝnh t¶i giai ®o¹n II tiªu chuÈn :

DWIItt = γ DWIITC = 1.5x 29.57+1.25x(15.24+6.13) = 55.79 kN/m

b Tính nội lực do hoạt tải gây ra:

 Hoạt tải xe tính toán theo quy trình 22TCN – 272 – 05

Hoạt tải xe lấy theo quy trình 22TCN 272-05 Tuỳ thuộc vào dạng ĐAH mà xếp tải sao cho đạt đợc hiệu bất lợi nhất

- Hệ số phân bố ngang tính cho xe thiết kế:

β= 0,5 với tổ hợp tải trọng phụ

β= 0,56 với tổ hợp tải trọng thi công

=> Cờng độ sử dụng của cáp với tổ hợp tải trọng chính là :

fsa = 0,45.1860.102 = 873 Mpa=873000 kN/m2

6.2.T ính nội lực trong dây văng

6.2.1 Tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn I

a- Công thức tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I :

- Nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I đợc tính với sơ đồ của giai

đoạn thi công

- Công thức tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn I :

+) Nội lực trong dây thứ i :

I tt i

i

g d S

S S

0

cos

αα

Do tính đối xứng của cầu nên nội lực trong dây neo bằng nội lực dâythoải nhất

a- Công thức tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải :

- Để tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải thì

ta vẽ ĐAH nội lực cục bộ trong hai khoang liền kề với điểm neo dây văngsau đó xếp tải trọng lên ĐAH để tính nội lực

- Nội lực do tĩnh tải giai đoạn II

-Nội lực do hoạt tải

+) Do tải trọng làn : SLantt = glan .γlan qlan ϖ

- §èi víi d©y v¨ng thø i :

II tÜnh

ho¹t max

(KN) S (KN)tæng

II tÜnh

ho¹t max

S A f

=

Trong đó :

+) Si: Nội lực tĩnh tải và hoạt tải trong dây văng xác định với các

hệ số tơng ứng theo tiêu chuẩn hiện hành

+) f : Cờng độ tính toán của vật liệu làm dây, f = 83,7 (kN/cm2)

Các công thức trên xuất phát từ điều kiện tận dụng hết khả năng làmviệc của dây (trờng hợp dây nhiều khoang nhỏ) Theo đó tiết diện củatất cả các dây văng khác nhau Tuy nhiên trong tính toán thiết kế khi sựkhác biệt không lớn thì ta có thể chọn tiết diện của một số dây giốngnhau hoặc do một số mục đích nào đó trong quá trình thiết kế thì tacũng có thể tăng hoặc giảm tiết diện của một số dây

- Số tao trong 1 dây bằng: Ai/140 Chọn tiết diện dây văng nh bảng trên

Sốtao

(Su)i: ứng lực tính toán trong dây thứ i (N)

Ai: diện tích dây thứ i (mm2)

Fpu: cờng độ chịu kéo quy định của cáp, fpu = 1860 (Mpa)

- Bảng tính nội lực, kiểm tra ứng suất kéo trong dây văng:

S'10 37 140 51.80 3842.69 741.83 837 Đạt

7.Điều kiện làm việc tốt của dây văng

- Để dây văng làm việc tốt trong quá trình chịu tác dụng của tải trọng thì dây văng phải thoả mãn các điều kiện sau:

+) Đảm bảo điều kiện về độ bền: đảm bảo khả năng chịu lực+) Đảm bảo điều kiện về độ cứng: tức là dây văng cần phải đợc kiểm tra theo điều kiện biến dạng cho phép của hệ

- Độ võng của nút dây thứ i do hoạt tải đợc xác định theo công thức sau

h i i i

o o

h o o i

A

S l tg

A

S l E

Y

ααα

α cos sin

cos

.1

2

Trong đó :

+) E : Mô đun đàn hồi của vật liệu dây

+) Soh, Sih : Nội lực tiêu chuẩn trong dây neo và dây thứ i do hoạt tải+) Ao,Ai : Diện tích dây neo và dây thứ i

+) lo, li : Hình chiếu của dây neo và dây thứ i ên mặt bằng

- Điều kiện đảm bảo về độ cứng : yi < {y}

III Tính toán trụ tháp

III.1.Cấu tạo tháp cầu

- Do điều kiện địa hình và địa chất tại khu vực đặt tháp ở 2 phía cầu

là tơng đối giống nhau nên thiết kế hai trụ tháp có chiều cao giống nhau Trong phạm vi thiết kế sơ bộ ta tiến hành thiết kế tính toán cho trụ tháp T1

- Tháp cầu dùng loại phần thân chân và thân tháp đặc, còn phần đỉnhtháp có dạng hộp rỗng đổ BT tại chỗ Bê tông chế tạo Grade40, trọng lợngriêng 2500 kG/m3

- Tháp cầu đợc cấu tạo nh sau :

+) Chiều cao toàn bộ của tháp h th = 49,45 m

1.25m

Cấu tạo tháp cầu :

15.94

1.65 51.19

-37.30

mặt chính trụ tháp mặt đứng trụ tháp

III.2.Tính toán thiết kế

- Phản lực của kết cấu nhịp tác dụng lên trụ tháp bao gồm:

+ Phản lực lên trụ tháp dới tác dụng của DC+ Phản lực lên trụ tháp dới tác dụng của DW+ Phản lực của trụ tháp dói tác dụng của hoạt tải và lực xung kích IM

- Sử dụng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15 m (khoảng cách trục sau lấybằng 4,3 m)

- Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế đợc lấy bằng 90% giá trị phản lực tính

đ-ợc cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn + hiệu ứng của tải trọng Ngời

- Vẽ ờng ảnh hởng phản lực gối:

Tiến hành xếp tải lên đờng ảnh hởng phản lực gối tại vị trí tháp để tínhphản kực do hiệu ứng tải gây ra.

- Sử dụng phần mềm MIDAS để tính phản lực lên trụ tháp, kết quả ghi trong bảng sau:

PKCN =Ptháp+Pbệ+ PDC+PDW+PLL

=1.25x(20005+32863+50265.7)+1.5x3468.94+1.75x(0.9x5227+1582) =145121.56 kN

III.4.Tính toán số cọc cần thiết trong móng

Móng bệ tháp đợc thiết kế với móng cọc khoan nhồi D = 150cm

III.4.1.Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

85 , 0 ( c' c y s

+) As : Diện tích phần thép trên mặt cắt ngang cọc

+) ϕ : Hệ số uốn dọc, ϕ = 0,75

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Sức chịu tải của cọc theo vật

+) β: Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mô men, β = 1,1

+) Qcoc: Sức chịu tải tính toán của cọc: Qcoc = 7620 kN

9786.54

coc

Q P

n = β

9000 1500

Tªn gäi c¸c kÝch thíc KÝ hiÖu Gi¸ trÞ §¬n vÞ

Bề dầy tờng thân dtt 150 cm

Sử dụng chơng trình Midas/ Civil ta xác định đợc phản lực thẳng

đứng từ KCN truyền xuống mố dới tác dụng của trọng lợng bản thân KCN:

IV.2.5 – Tải trọng hoạt tải trên bản quá độ.

- Chiều dài bản quá độ : Lqd = 4,0 (m)

- Bề rộng bản quá độ : Bqd = 12 (m)

- Vẽ ĐAH phản lực gối trên bản quá độ tại vị trí vai kê

- Xếp xe tải và xe 2 trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có

+) Tung độ ĐAH khi xếp xe tải

- Bảng tính toán áp lực truyền lên vai kê khi hoạt tải trên bản quá độ

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị

IV.3 Bố trí cọc trong móng mố.

Móng mố đợc thiết kế bằng móng cọc khoan nhồi đờng kính 1,2m

IV.3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Trong đó :

+) fc’ : Cờng độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày

+) AC : Diện tích phần bê tông của tiết diện cọc

+) fy : Giới hạn chảy của thép chế tạo cọc+) AS : Diện tích phần cốt thép của tiết diện cọc

+) : Hệ số sức kháng , với kết cấu chịu nén ta lấy 0,75

Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

Sức chịu tải của cọc theo vật

)

85 , 0 ( c' c y s

W Q Q

QR = ϕpq. p + ϕps. s −

+) ϕqP : Hệ số sức kháng tại chân cọc +) W : Trọng lợng của cọc

Theo Reese và o’neill (1999 ) ta có : qS = α.Su , qp=9 Su

Nếu cọc nhồi có đờng kính 0.7-1.8m đất không quá yếu(Su>50

+) Su : Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình Giá

trong phòng thí nghiệm của các mẫu nguyên dạng lấy trong khoảng độ

sâu 2D ở dới chân cọc

Giá trị Su còn đợc tính theo công thức : Su = σ tgϕ+ C

Nhận xét:Đất dính có tính thấm kém,đối với đất dính bảo hòa nớc trờng

hợp nguy hiểm nhất là khi áp lực nớc lổ rổng cha kịp tiêu tán và sức kháng

bên khi đó gọi là sức kháng bên không thoát nớc khi đó ϕ =0,suy ra Su=

Li (m)

As (m2

Su (T/m

qs(T/m

- Víi MNTC nh vËy ta tiÕn hµnh thi c«ng trô nh sau :

yÕu dµy 2m

+) H¹ vßng v©y cäc v¸n thÐp theo 3 phÝa

+) Lắp dựng máy khoan, đa máy lên đảo và tiến hành khoan cọc,giữ thành ống vách bằng vữa sét Thi công đổ bê tông cọc khoan bằngphơng pháp rút ống thẳng đứng.

+) Hạ vòng vây cọc ván thép phía còn lại.Tiến hành đào đất trong

- Mố cầu đợc bố trí đối xứng và đợc thi công trong điều kiện ngập nớc do

đó ta đề xuất biện pháp thi công mố nh sau :

+) Gạt lớp đất yếu, đắp đảo thi công

+) Lắp dựng, đa máy đóng cọc lên đảo và tiến hành đóng cọc +) Đào đất hố móng, đập BT đầu cọc,đổ lớp BT tạo phẳng, lắpdựng đà giáo ván khuôn, đổ BT bệ cọc