Câu hỏi tốt nghiệp cầu đường

Câu Hỏi Cầu Dây VăngCâu1.trình bày đặc điểm cấu tạo và, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của cầu dây văng Đặc điểm cấu tạo cầu dây văng *Cầu dây văng gồm các bộ phân

Câu Hỏi Cầu Dây Văng

Câu1.trình bày đặc điểm cấu tạo và, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và phạm

vi áp dụng của cầu dây văng

Đặc điểm cấu tạo cầu dây văng

*Cầu dây văng gồm các bộ phân chính sau đây

1.dầm cứng:cũng như các loại kết cấu khác dầm chủ là nơi đỡ bản mặt cầu và tiếp nhận trực tiếp tải trọng từ xe cộ ,trong cầu dây văng dầm chủ không chỉ truyền tải trọng xuống phía dưới thông qua các gối mà còn thong qua dây văng và trụ tháp truyền tải trọng xuống kết cấu phía dưới

Về hình dạng:rất đa dạng có thể là mặt cắt chữ pi,mặt cắt hộp,nhưng tùy loại kết cấu để chọn dạng mặt cắt cho phù hợp ví dụ với các cầu có chiều dài nhịp trung bình và bề rộng cầu không lớn có thể chọn dạng mặt cắt dạng hộp hay hình chư T kép…còn đối với cầu một mặt phẳng dây nên chọn dạng hình hộp hay các dặng mặt cắt có khả năng chịu xoắn tốt và ổn định với khí động…

Về vật liệu:có thể là bê tong cốt thép,bê tồn cốt thép DƯL,thép và bê tong liên hợp,trên dầm chủ hoặc dầm ngang phải bố trí neo để neo dây văng

Dây văng một đầu được neo vào trụ tháp một đầu được neo vào đàm chủ hoặc dầmngang

3.trụ tháp:nhận tải trọng tư các dầm cứng thong qua các dây văng,và truyền xuống kết cấu phần dưới

Trong cầu dây văng trụ tháp có hình dạng rất đa dạng:hình chư H,hình chữ A,chữ Y

Trụ tháp cùng với sơ đồ bố trí dây văng là các yếu tố vô cùng quan trọng trong việc tạo nên tính thẩm mỹ của kết cấu cầu dây văng,

Vật liệu làm trụ:thường làm từ BTCT

*nguyên lý làm việc: về mặt cơ học,cầu dây văng có thể được xem như là hệ giàn trong đó các dây văng chịu kéo,dầm cứng chủ yếu chịu nén do đó chủ yếu phù hợp với bê tong cốt thép.lực nén trước trong dầm cứng là do thành phần đẩy ngang của dây văng truyền vào dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải nên có thể nói rằng dầm trong cầu dây văng là hệ tự ứng suất trước

-bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu là dây cáp hoặc dây xích đỡ bản mặt cầu là dầm hay dàn.do đó theo quan điểm tĩnh học có thể coi cầu treo là hệ thống làm việc chung giữa dầm (dàn) và dây

Từ đó ta có khái niệm về cầu dây văng như sau:cầu dây văng hay là cầu dây xiên làkết cấu gồm có dầm cứng tựa trên các gối cứng là các mố trụ và các gối đàn hồi là các dây văng,dây văng và dầm chủ tạo thành hệ không biến dạng hình học do vậy

về độ cứng thì cầu dây văng lớn hơn cầu treo

*ưu điểm của cầu dây văng:

• Về mặt chịu lực

- dây văng làm việc chịu kéo thuần túy nên có thể sử dụng hết cường độ của thép cường độ cao

- dầm chịu nén nên có thể áp dụng vật liệu là bê tong cốt thép rất phù hợp

- cầu dây văng có dầm và tháp có độ cứng lớn hơn nữa chiều dài dây văng lại bé nên sơ đồ của nó là sơ đồ biến dạng nhỏ ,dầm chủ lại được xem như là dầm cúng

kê trên các gối đàn hồi là dây văng,và các gối cứng là mố trụ nên cầu dây văng là

hệ không biến dạng hình học nên độ cứng của nó lớn hơn nhiều so với cầu

treo,việc tăng thêm các gối đàn hối là các dây văng sẽ không làm tăng khối lượng dây và lực nén trong dầm chủ nhưng làm giảm đáng kể mô men uốn trong dầm cứng đặc biệt dưới tác dụng của tĩnh tải mô men uốn gần như bằng không do vậy

có thể tăng khả năng vượt nhịp mà khối lượng vật liệu tăng không đáng kể

• Về mặt thẫm mỹ

cầu dây văng có tính đa dạng cao mà không phải loại kết cấu nào cũng có

được,tính đa dạng của nó thể hiện ở một số điều như sau: chiều dài nhịp của nó có

thể từ hàng chục đến hàng ngìn mét,có thể là 1 nhịp hay nhiều nhịp,tùy vào sơ đồ

bố trí dây văng mà ta cũng có các cầu khác nhau…

-có kiên trúc đẹp,so với các dạng kết cấu khác cầu dây văng thường có tính thẫm

mỹ cao hơn,do vậy nó thường được lấy làm biểu tượng của một vùng miền

• Về mặt thi công

-phù hợp với nhiều công nghệ thi công ví dụ như có thể thi công trên đà giáo cố định hay lao kéo dọc,cũng như cũng có thể thi công đúc hẫng cân bằng(đặc biệt là công nghệ thi công đúc hẫng cân bằng )

Có thể nói tóm gọn về ưu điểm của cầu dây văng như sau:

Ưu thế về khả năng chịu lực,hợp lý về công nghệ thi công,tính đa dạng về sơ đồ kết cấu,tính thẩm mỹ học cao nó dần trở thành dạng kết cấu được ưa chuộng của nhiều nước trên thế giới

*nhược điểm

Mặc dù cầu dây văng có nhiều ưu điểm như vậy nhưng nó cũng có những nhược điểm như sau

-độ cứng của nó nhỏ hơn so với cầu dầm và cầu vòm

-mực độ thông thoáng khi xe chạy bị giảm bởi các mặt phẳng dây

-hệ mặt cầu cho đường xe chạy có cấu tạo nặng nề do vậy làm tăng tĩnh tải của kết cấu

*phạm vi áp dụng:thường áp dụng cho cầu nhịp lớn và yêu cầu thẩm mỹ cao,cũng

có thể áp dụng cho cầu nhịp nhỏ (chỉ khoẳng vài chục mét) nhưng lúc đó chi phi vàcông tác thi công lại khó khăn hơn các loại kết cấu khác

-do hợp lý về mặt thi cụng nờn cầu xõy văng cú thể xõy dựng trờn nhiều loại địa hỡnh như: sụng sõu,nỳi cao,qua cỏc thung lũng,hay cầu đương sắt đối với cỏc cầu đường sắt thỡ thường chỉ thiết kế nhịp nhỏ,khi thiết kế cầu dõy văng cho khu vực miền nỳi nụng thụn thỡ thường ỏp dụng nhịp nhỏ vỡ tải trọng thường bộ yờu cầu cụng nghệ thi cụng nhanh chúng đơn giản và khụng cần nhiều thiết bị phức tạp (loại cầu dõy văng 3 nhịp cú biờn ngắn và cú nhịp dẫn phự hợp với điều này)

Phạm vi nhịp hợp lý (200-500)m thực ra phạm vi ỏp dụng của cầu dõy văng <50m chỉ là những quan niềm của thập niờn 80 của thế kỷ 20 học cho rằng nếu nhịp lớn dõy văng dài ra như vậy dưới tỏc dụng của tải trọng bản thõn thỡ dõy văng bị vừng

và trở thành dõy treo parabol ,ý kiến này trong một thời gian dài đó kỡm hóm sự phỏt triển chiều dài nhịp của cầu dõy văng,và hiện nay người ta đó dần bỏ qua những quan niệm này,ngày càng nhiều cầu dõy văng được xõy dựng với nhịp lớn hơn 500m

Túm lại việc ra đời kết cấu cầu dõy văng đó tạo cho cỏc kỹ sư cú them những phương ỏn kỹ thuật rất quý bỏu mang tớnh cạnh tranh cao hiện nay cú một số cầu dõy văng nổi tiếng trờn thế giới và trong nước như sau:

Một số cầu dây văng đã và đang xây dựng trong nớc

5 B·i Ch¸y Qu¶ng Ninh 2006 216,5 + 435 + 216,5

+ Sơ đồ cầu dây văng 3 nhịp: Nhịp biên có và không có dây văng

+ Sơ đồ cầu dây văng nhiều nhịp

*Cầu dây văng một nhịp.

Hình 14 : Sơ đồ cầu treo dây văng 1 nhịp

• Về cấu tạo : Cầu gồm

+ Trên các mố đỡ dầm , cần phải bố trí một gối cố định vàmột gối di động Gối cố định chịu lực ngang khi có tải trọng(hoạt tải) không đối xứng, đồng thời lực ngang lại thay đổichiều tuỳ thuộc vào vị trí của hoạt tải Ví dụ khi hoạt tải đặt ởbên trái, lực ngang sẽ đẩy mố vào nền đờng và nửa dầm bên tráichịu nén và ngợc lại khi hoạt tải ở bên phải thì lực đẩy ngang lại

đẩy mố ra phía sông đồng thời nửa dầm trái lại chịu kéo Nhvậy trong cầu dây văng một nhịp cả mố neo và mố cầu đềuchịu lực ngang, điều này đặc biệt nguy hiểm khi áp lực nganghớng ra phía sông cùng dấu với chiều của áp lực đất sau mố.đểkhắc phục hiện tượng cả mố neo và mố cầu đều chịu lực đẩy ngang cú thểkộo dài dầm chủ tạo thờm 2 nhịp biờn đồng thời liờn kết dõy neo vào dầm

chủ tạo thành hệ khụng cú lực đẩy ngang,khi đú kờt cấu trở thành hệ 3nhịp với chiều dài nhịp giữa lớn hơn so với nhịp biờn

1.2.3 Cầu dây văng ba nhịp.

Để khắc phục nhợc điểm của cầu dây văng 1 nhịp là phảichế tạo mố neo chịu lực ngang có thể kéo dài dầm chủ tạo thêm

2 nhịp biên, đồng thời liên kết dây neo vào dầm chủ tạo thành

hệ không có lực ngang (khụng cú lực đẩy ngang vào mố) Khi đó từ hệ

1 nhịp trở thành hệ 3 nhịp gồm 1 nhịp chính và hai nhịp biên,dầm chủ bố trí liên tục

1.2.3.1 Cầu dây văng 3 nhịp với nhịp biên không có dây văng

Lb Lg Lb

Hình 20: Sơ đồ cầu dây văng 3 nhịp (nhịp biên không có dây văng)

- Sơ đồ cầu 3 nhịp có nhịp biên ngắn và không đợc đỡ bằng cácdây văng có những đặc điểm sau:

• Ưu điểm

+ Dây neo vào đầu dầm do đó mố không chịu lực đẩyngang nhng tại mố vẫn có lực nhổ do đó phải thiết kế neo trênmố

+ Hệ có độ cứng của các gối đàn hồi lớn nhất do dây neochiều dài ngắn

• Nhược điểm

+ Chiều dài nhịp biên quá khác biệt so với chiều dài khoangdầm của nhịp chính Nhịp biên làm việc chịu uốn nh một dầmliên tục, ngoài ra còn chịu lực nén do các dây văng truyền vào

Do đó việc thiết kế chế tạo dầm chủ sẽ gặp nhiều khó khăn

• Phạm vi ỏp dụng

+trong cỏc cầu sử dụng khoang dầm lớn

+ Nhịp chính nhỏ (l<150m) để lỳc đú chiều dài nhịp biờnkhụng quỏ lớn

+ ở nơi điều kiện địa chất khống chế buộc phải tránhxây dựng trụ ở các khu vực giữa sông

• Phụ lục

+ Góc nghiêng dây văng hợp lý nhất là : trong khoảng = 45o

Để đảm bảo góc nghiêng α của dây neo khoảng 45o thì chiều

dài nhịp biên lấy bằng (L/4 L/5) (L chiều dài nhịp chính) Vớinhững cầu có nhịp chính lớn hơn 200m đến 300m thì nhịpbiên khá lớn sẽ gây mômen uốn lớn so với nhịp giữa, gây khó khăncho việc đảm bảo tính đồng nhất tiết diện trên suốt chiều dàicầu

1.2.3.2 Cầu dây văng 3 nhịp và nhịp biên có dây văng

Hình 21: Sơ đồ cầu dây văng 3 nhịp (nhịp biên có dây văng)

- Sơ đồ cầu 3 nhịp nhịp biên có dây văng có những đặc điểmsau :

• Đặc điểm làm việc

Xét về mặt cơ học, hệ cầu dây văng 3 nhịp với nhịp biên códây văng là dầm liên tục tựa trên các gối cứng (trụ, mố) và trêncác gối đàn hồi là các nút treo dây văng Độ cứng của các gối

đàn hồi phụ thuộc vào những yếu tố sau:

+ Diện tích và chiều dài dây: Độ cứng của gối đàn hồi tỷ

lệ nghịch với chiều dài dây và tỷ lệ thuận với diện tích dâyvăng Chiều dài dây phụ thuộc sơ đồ cầu và chiều dài nhịp.Diện tích dây chọn trên cơ sở

tận dụng tối đa khả năng làm

của vật liệu đồng thời đảm bảo

độ bền , độ mỏi và độ cứng

chung của hệ

+ Góc nghiêng α của dây so

với phơng ngang: Góc nghiêng

dây α gây ảnh hởng lớn đến nội

lực trong dây và dầm cũng nh

các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ.Góc nghiêng quá nhỏ hoặcquá lớn so với góc α = 45o đều làm tăng trị số mômen uốn trong

dầm cứng

+ Độ cứng và liên kết của neo: Dây neo có đầu liên kết cố

định với tháp cầu, đầu dới liên kết với dầm cứng tại vị trí gần gốitựa để truyền lực ngang vào dầm, gối tựa đợc neo chặt vào mốhoặc trụ để chịu lực nhổ tạo thành liên kết cố định của một

đầu dây neo Trong CDV, dây neo giữ vai trò đặc biệt quan

trọng trong việc đảm bảo độ cứng chung cho toàn hệ Nếu cácdây neo đợc neo vào các điểm cố định trên mố hoặc trụ thì

độ cứng của gối đàn hồi chỉ còn phụ thuộc vào chiều dài , diệntích và độ nghiêng của các dây Nếu các dây neo không đợcneo vào các điểm cố định thì độ cứng của hệ còn phụ thuộcvào độ đàn hồi của điểm neo

*Đối với sơ đồ cầu khụng cú dõy neo

-trong thực tế tồn tại loại cầu dõy văng 3 nhịp cú và khụng cú dõy neo vào cỏc điểm cố định như mố,trụ

+ Sơ đồ cầu 3 nhịp không có dây neo vào các điểm cố

định chịu tác dụng của tĩnh tải tốt cho hệ đối xứng

+ Khi chịu tác dụng của hoạt tải tại giữa nhịp sẽ tạo ra độvồng ngợc nhịp biên làm giảm độ cứng chung toàn hệ và tăngmômen trong dầm cứng Nh vậy sơ đồ CDV 3 nhịp với nhịp biên

có dây văng có độ cứng nhỏ hơn so với sơ đồ CDV 3 nhịp vànhịp biên không có dây văng

+ Sự làm việc của dầm chủ tại nhịp biên và nhịp giữakhông khác nhau nhiều do đó thuận tiện cho công tác tính toánthiết kế cũng nh việc tổ chức thi công cầu

PVAD:loại kết cấu khụng cú dõy neo cú thể được ỏp dụng để cảitạo,tăng cường khả năng chịu tải của cầu cũ,nhằm nõng cấp tải trọng mộtphần tải trọng sẽ do dõy chịu

*Đối với sơ đồ cầu cú dõy neo

Thường khi xõy dựng cầu mới người ta sẽ phải chế tạo cỏc dõy neo vào mố ,trụ (hoặc cú thể cấu tạo cỏc thỏp cú độ cứng lớn) nhưng so với biện phỏp tạo cỏc thỏp cầu cú độ cứng thỡ biện phỏp tạo cỏc dõy neo kinh tế và đơn giản hơn nhiều vỡ nếu tạo thỏp cầu cú độ cứng lớn thỡ lỳc đú khối lượng vật liệu để làm múng rất lớn ,cũnhiện nay với khả năng của khoa học kỹ thuật thỡ việc sử lý cỏc dõy văng sẽ đơn giản hơn nhiều…

PVAP:khi mà phương ỏn được chọn là cầu dõy văng thỡ sơ đồ cầu dõy văng 3 nhịp luụn là phương ỏn được xem xột đầu tiờn vỡ những ưu điểm nổi bật của nú,chỉ khi

vỡ những lý do đặc biệt nào khỏc thỡ mới nờn xem xột cỏc phương ỏn kỹ thuật khỏc

*Cầu dõy văng đối xứng 2 nhịp:

Hình 16 : Cầu dây văng 2 nhịp đối xứng

• Về cấu tạo

- Cầu dây văng 2 nhịp có thể có 2 nhịp bằng nhau, khi đó thápcầu đợc bố trí ở giữa, các dây văng đợc bố trí đối xứng quatháp cầu.

Tuy nhiờn do hệ đối xứng Dây

văng không chịu lực kéo dới

tác dụng của tĩnh tải và dây

có thể chịu nén dới tác dụng

của hoạt tải trên một nhịp,

nên để đảm bảo cho các

dây văng không chịu nén

thì cỏc dõy neo cần được căng

trước với nội lực đủ để khắc phục lực

nộn lớn nhất cú thể xảy ra nhưng biện phỏp này gõy khú khăn cho việc điều chỉnhnội lực và khú khống chế mất mỏt ứng suất trong quỏ trỡnh khai thỏc , để khắcphục nhược điểm này ta sử dụng 2 phương phỏp:

+ Xây dựng tháp cầu cứng để hạn chế chuyển vị ngang của thỏpcỏc loại cầu này thường dựng cho cầu vượt đường

+biện phỏp thứ 2 được sử dụng rỗng rói hơn là sử dụng hệ hai nhịp cú cỏcnhịp khụng đối xứng,trong đú nhịp lớn cú số khoang lớn hơn,tại nhịp nhỏ thỡ dõyneo vào mố,dưới tỏc dụng của tĩnh tải và trọng lượng bản than kết cấu thỡ gõy lalực kộo dữ trữ trong dõy neo để triệt tiờu lực nộn sau này dưới tỏc dụng của hoạt tải

• Về phạm vi ỏp dụng

+ tựy vào trường hợp như xõy dựng cầu vượt đường.hay do điều kiện địahỡnh,địa chất,hay thẩm mỹ cú thể chọn loại cầu dõy văng 2 nhịp,cũn lạikhụng nờn chọn vỡ so với sơ đồ khỏc nú khụng đem lại hiệu quả về kinh tếhay kỹ thuật

1.2.2.2 Cầu dây văng 2 nhịp không đối xứng

• Về cấu tạo

- Cầu dây văng 2 nhịp có thể có 2 nhịp bằng nhau, khi đó thápcầu đợc bố trí ở giữa, các dây văng đợc bố trí không đối xứngqua tháp cầu

- Trong hai hệ nhịp không đối xứng thì thì tuỳ thuộc vị trí trụtháp cầu mà nhịp biên có thể có số lợng dây ít hơn nhịp chính

Hình 18: Sơ đồ Cầu dây văng 2 nhịp không đối xứng

Hình 19: Cầu dây văng 2 nhịp không đối xứng

• Về ưu điểm :để khắc phục được nhược điểm chịu của sơ đồ 2 nhịp đối xứng

• Phạm vi ỏp dụng : + tựy vào trường hợp như xõy dựng cầu vượtđường.hay do điều kiện địa hỡnh,địa chất,hay thẩm mỹ cú thể chọnloại cầu dõy văng 2 nhịp,cũn lại khụng nờn chọn vỡ so với sơ đồ khỏc

nú khụng đem lại hiệu quả về kinh tế hay kỹ thuật

*so sỏnh về cầu dõy văng 2 nhịp và cầu dõy văng 3 nhịp:để cú cơ sở so sỏnh đặc điẻm làm việc của kết cấu dõy văng 2 nhịp và 3 nhịp ta sẽ xột trường hợp cầu dõy văng 3 nhịp được chia thành hệ 2 nhịp cú một trụ chung ở giữa

sơ đồ cho thấy cựng một chiều cao trụ,cựng số dõy văng và cựng gúc nghiờng thỡ

hệ hai nhịp chỉ đạt được chiều dài nhịp bằng nửa hệ 3 nhịp.trong hệ 2 nhịp cũn tồn tại nhược điểm cơ bản về phõn bố dõy,trong đú dõy văng dài nhất,gúc nghiờng nhỏ nhất (ứng với độ cứng đàn hồi bộ nhất lại bố trớ vào điểm cú độ vừng nhỏ của dầm,tức là điểm dõy văng khụng chịu lực kết quả là trong quỏ trỡnh chịu tĩnh tải khụng chịu được hết khả năng làm việc của dõy,bự vào đú phải tăng tiết diện dầm cứng đõy là điều muốn trỏnh vỡ nú khụng đem lại hiểu quả kinh tế

*cầu dõy văng nhiều nhịp

- Để đảm bảo độ cứng theo phơng dọc cầu thì ta phải thựchiện các biện pháp sau :

1.2.4.1 Làm trụ neo.

1.2.4.2 Làm tháp cầu cứng.

Hệ cầu nhiều nhịp có dùng tháp cầu cứng Biện pháp này cótác dụng tăng độ cứng của hệ, tạo khả năng chịu tĩnh tải và hoạttải đều tốt đồng thời cũng mang lại hiệu quả kỹ thuật tốt nhnglại làm tăng khối lợng công trình móng trụ và tháp cầu