Trình bày đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu nhịp cầu treo dây văng.. - Nguyên lý làm việc: Khi xe đi vào cầu, tải trọng đặt lên 1 khoang dầ
Trang 1CÂU HỎI ễN TẬP
*********
1 Trình bày đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu nhịp cầu treo dây văng
Trả lời:
- Đặc điểm cấu tạo:
Cầu dây văng bao gồm:
+ Dây cáp căng xiên chịu kéo, gọi là dây văng
+ Dầm cứng là dầm liên tục kê trên các gối cứng( mố, trụ) và các gối đàn hồi( các dây văng), chịu uốn Ngoài ra dầm cứng còn chịu nén do thành phần nằm ngang của dây văng truyền vào => Dầm cứng chịu nén lệch tâm
- Nguyên lý làm việc:
Khi xe đi vào cầu, tải trọng đặt lên 1 khoang dầm nằm giữa 2 dây văng, khi đó khoang dầm trực tiếp chịu tải trọng xe và truyền vào 2 dây văng lân cận sau đó truyền lên tháp và truyền vào mố trụ, từ mố trụ tải trọng đợc đa xuống đất nền phía dới
- Ưu điểm của cầu treo dây văng:
+ Sử dụng cáp cờng độ cao làm dây văng
+ Coi nh hệ không biến dạng hình học
+ Độ cứng lớn hơn cầu treo dây võng
+ Hệ không có lực đẩy ngang => Không phải làm mố neo tốn kém
nh cầu treo dây võng
+ Có thể thi công bằng phơng pháp hẫng => Không tốn đà giáo ván khuôn, không ảnh hởng thông thuyền
+ Hệ cầu treo dây văng có chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật tốt
Trang 2+ Đa dạng, mỹ quan.
+ Khi địa chất không tốt có thể áp dụng cầu treo dây văng
- Nhợc điểm của cầu treo dây văng:
+ Xây dựng dầm rồi mới xây dựng dây
+ Khả năng vợt nhịp kém hơn so với cầu treo dây võng
- Phạm vi áp dụng:
+ Cầu dây văng có dầm cứng bằng bê tông cốt thép áp dụng cho nhịp
từ 150ữ400m
2.Trình bày u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của các sơ đồ cầu sau:
+ Sơ đồ cầu dây văng 1 nhịp
+ Sơ đồ cầu dây văng 2 nhịp: đối xứng và không đối xứng
+ Sơ đồ cầu dây văng 3 nhịp: Nhịp biên có và không có dây văng
+ Sơ đồ cầu dây văng nhiều nhịp
Trả lời:
a Sơ đồ cầu dây văng 1 nhịp.
- Ưu điểm:
+ Dầm cứng là dầm giản đơn => Thi công đơn giản
- Nhợc điểm:
Trang 3+ Tồn tại mố neo chịu lực ngang => Công trình trở nên đồ sộ và tốn kém
+ Trên các mố đỡ dầm, cần bố trí 1 gối cố định, 1 gối di động Gối cố
định chịu lực ngang khi có hoạt tải, đồng thời lực ngang sẽ thay đổi chiều tùy theo vị trí của hoạt tải => Nh vậy cả mố neo và trụ đều chịu lực ngang, lực ngang trên trụ lại thay đổi dấu và đặc biệt nguy hiểm khi hớng
ra sông cùng chiều với áp lực đất nền đờng
+ Dầm cứng ngoài chịu uốn còn chịu lực dọc thay đổi dấu gây bất lợi việc áp dụng dầm cứng bằng BTCT
- Phạm vi áp dụng:
Rất ít áp dụng Chỉ áp dụng vào thực tế những điều kiện địa hình
đặc biệt
b Sơ đồ cầu dây văng 2 nhịp.
b.1 Sơ đồ cầu dây văng 2 nhịp đối xứng.
- Ưu điểm:
+ Hai nhịp cân bằng => Có thể áp dụng thi công hẫng
- Nhợc điểm:
+ Do hệ đối xứng, các dây neo không chịu kéo dới dác dụng của tĩnh tải mà chịu nén khi có hoạt tải đứng trên 1 nhịp => Để khắc phục có các biện pháp:
Trang 4• Dùng trụ tháp không gian( tháp cứng) để hạn chết chuyển vị ngang của tháp áp dụng cho cầu vợt qua đờng
• Dây neo đợc tạo lực căng dự trữ đủ để khắc phục lực nén lớn nhất có thể xảy ra => Khó khăn, phức tạp cho công tác điều chỉnh nội lực
• Dùng hệ 2 nhịp có các nhịp không bằng nhau
- Phạm vi áp dụng:
Rất ít áp dụng
b.2 Sơ đồ cầu dây văng 2 nhịp bất đối xứng.
- Ưu điểm:
+ Khắc phục đợc tình trạng dây neo bị nén
- Nhợc điểm:
+ Hệ bất đối xứng => Không áp dụng đợc thi công hẫng
- Phạm vi áp dụng:
Đợc áp dụng rộng rãi hơn hệ 2 nhịp đối xứng
c Sơ đồ cầu dây văng 3 nhịp.
c.1 Sơ đồ cầu dây văng 3 nhịp, nhịp biên không có dây văng.
Trang 5- Ưu điểm:
+ Cầu dây văng miền núi, địa hình thung lũng sâu không có bờ sông, để tránh trụ cầu xây dựng ở nơi sâu => dùng hệ 3 nhịp, nhịp biên không có dây văng
+ Độ cứng của hệ tốt Độ cứng của các gối đàn hồi tốt do dây neo có chiều dài ngắn và có góc nghiên nằm trong vùng hợp lý nhất (450)
- Nhợc điểm:
+ Có chiều dài nhịp biên quá khác biệt so với khoang dầm nhịp chính Nhịp biên làm việc nh 1 dầm liên tục chịu uốn, ngoài ra còn chịu lực nén do các dây văng truyền vào
+ Với các cầu nhịp trên 200ữ300m thì chiều dài nhịp biên khá lớn, trong khi khoang dầm ở nhịp chính có thể thay đổi trong phạm vi rất rộng Nhịp biên lớn sẽ gây mômen uốn lớn so với nhịp giữa, gây khó khăn trong việc đảm bảo tính đồng nhất của tiết diện dầm chủ và nội lực trên suốt chiều dài cầu
+ Lực nhổ neo lớn khi hoạt tải đứng trên nhịp giữa làm phức tạp cấu tạo gối chịu phản lực âm trên mố
- Phạm vi áp dụng:
+ Sử dụng trong các cầu sử dụng khoang dầm lớn
+ Nhịp chính nhỏ (<150m), khi đó chiều dài nhịp biên không quá lớn + Với các sông miền núi khi điều kiện địa hình, địa chất khống chế buộc phải tránh xây dựng các trụ ở khu vực giữa sông, nớc sâu, địa chất thủy văn phức tạp
Trang 6c.2 Sơ đồ cầu dây văng 3 nhịp, nhịp biên có dây văng.
- Ưu điểm:
+ Khoang dầm ngắn
+ Đồng nhất tiết diện dầm chủ của cả 3 nhịp và đồng nhất chiều dài khoang dầm, tạo điều kiện dầm chủ làm việc tơng đối đồng đều trong phạm vi từng khoang
+ Sơ đồ dây của hệ có dây đối xứng qua tháp cầu có chiều cao tháp nhỏ hơn
+ Thi công dùng cần cẩu để lắp hẫng, hoặc đúc hẫng => Đơn giản, không chịu ảnh hởng của chế độ thủy văn, địa hình và thông thuyền trên sông
- Nhợc điểm:
+ Khi hoạt tải đứng trên nhịp biên dây neo bị nén => Chọn tỷ lệ nhịp Lb/Lg sao cho nội lực tổng cộng trong dây neo do tĩnh tải và hoạt tải thành lực kéo (Lb/Lg=0.43ữ0.45)
- Phạm vi áp dụng:
+ áp dụng khá phổ biến cho các cầu có chiều dài nhịp 200ữ400m
c Sơ đồ cầu dây văng nhiều nhịp.
Trang 7- Ưu điểm:
+ Có thể đạt đợc nhịp rất lớn
+ Tránh đợc việc phải vợt nhịp lớn khi địa hình, địa chất không phức tạp
- Nhợc điểm:
+ Độ cứng của cầu dây văng nhiều nhịp kém hơn so với cầu dây văng 3 nhịp
=> Có thể tăng cờng độ cứng bằng các cách sau:
* Sử dụng tháp cứng
* Sử dụng dây nối từ đỉnh tháp giữa đến chân tháp nhịp biên
* Tăng chiều cao dầm, nhng biện pháp này không hiệu quả
* Dùng dây neo phụ nối các đỉnh tháp, biện pháp này kém mỹ quan
- Phạm vi áp dụng:
………
3.Trình bày u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của các sơ đồ phân bố dây văng:
+ Sơ đồ dây đồng quy
+ Sơ đồ dây song song
+ Sơ đồ dây nhài quạt
+ Sơ đồ dây kết hợp
Trả lời:
a Sơ đồ dây đồng quy.
- Ưu điểm:
+ Hệ có độ cứng lớn
Trang 8+ Cấu tạo đơn giản.
- Nhợc điểm:
+ Chiều dài khoang lớn => tiết diện dây văng lớn
+ Đối với cầu có nhiều dây thì cấu tạo nút dây trên tháp phức tạp,
đặc biệt khi mối dây có 1 neo riêng liên kết với tháp cầu => Để tránh đợc nhợc điểm trên, có thể dùng sơ đồ dây song song
- Phạm vi áp dụng:
+ Dùng phổ biến và hiệu quả cho các cầu dây ít, khoang lớn, khi đó cấu tạo nút trên đỉnh tháp cầu không phức tạp
b Sơ đồ dây song song.
- Ưu điểm:
+ Mỗi nút chỉ có 1 cặp dây => đơn giản cấu tạo
+ Về mặt kiến trúc, tại mọi góc nhìn đều cảm nhận đợc các đờng nét song song và cách đều => Đáp ứng mỹ quan
- Nhợc điểm:
+ Các dây có cùng góc nghiêng so với mặt ngang, và là góc nghiêng nhỏ nhất nên làm giảm độ cứng của các nút neo dây và dầm
+ Chiều cao tháp lớn, chịu lực bất lợi hơn so với sơ đồ đồng quy
+ Độ cứng tổng thể kém hơn so với sơ đồ đồng qui Muốn đảm bảo
độ bền và độ cứng chung của hệ buộc phải tăng cờng độ lớn của dầm cứng
=> không mang lại hiệu quả kinh tế
- Phạm vi áp dụng:
………
c Sơ đồ dây nhài quạt.
- Ưu điểm:
+ Là sơ đồ trung gian giữa sơ đồ đồng quy và song song, tranh thủ
đợc góc nghiêng lớn hơn của các dây trung gian và tránh tối đa tháp cầu bị uốn ngang
Trang 9+ Trị số mô men uốn trong tháp cầu dới tác dụng của lực ngang do hoạt tải tởng đối nhỏ và không làm tăng kích thớc của tháp
- Nhợc điểm:
+ Trong các hệ có nhiều dây, khoang dầm nhỏ, các dây văng ở nhịp biên tại vị trí gần mố cầu làm việc rất kém, do dây có độ cứng theo
ph-ơng thẳng đứng nhỏ (chiều dài lớn, góc nghiêng nhỏ) lại neo vào vị trí dầm
có độ cứng lớn, kết quả là mômen uốn trong dầm cứng tại khu vực này thờng lớn hơn nhiều so với các khu vực khác
- Phạm vi áp dụng:
+ Hiện nay sơ đồ hình rẽ quạt hầu nh là phơng án đợc a dùng nhất cho các cầu nhịp lớn, khoang nhỏ và nhiều dây
d Sơ đồ dây kết hợp.
d.1 Sơ đồ song song - đồng quy.
- Ưu điểm:
+ Vừa đảm bảo độ cứng của hệ vừa có thể dùng khoang nhỏ, góp phần giảm mômen uốn cục bộ trong các khoang
+ Thích hợp công nghệ thi công hẫng ở nhịp giữa, lao kéo dọc hoặc
đúc đẩy ở nhịp biên
- Nhợc điểm:
………
- Phạm vi áp dụng:
………
d.2 Sơ đồ song song - nhài quạt.
- Ưu điểm:
+ Hệ dây đồng quy tại mố và rẽ quạt tại giữa nhịp Sơ đồ bố trí dây
nh vậy vừa đàm bảo đơn giản về cấu tạo, vừa hợp lý về chịu lực, tăng cờng
độ cứng của hệ và thuận lợi cho công nghệ thi công
- Nhợc điểm:
Trang 10- Phạm vi áp dụng:
………
d.3 Sơ đồ hình sao.
- Ưu điểm:
+ Tạo thẩm mỹ
- Nhợc điểm:
………
- Phạm vi áp dụng:
………
4 Trình bày các u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của các sơ đồ phân bố khoang dầm
+ Sơ đồ dây ít - khoang lớn
+ Sơ đồ dây nhiều - khoang nhỏ
Trả lời:
a Sơ đồ dây ít – khoang lớn.
- Ưu điểm:
+ Việc điều chỉnh nội lực đơn giản hơn
- Nhợc điểm:
+ Mô men uốn cục bộ trong khoang lớn, dầm làm việc nh 1 dầm liên tục tựa trên các gối đàn hồi và gối cứng
+ Công nghệ lắp đặt dầm cứng và dây tơng đối phức tạp do phải chế tạo, vận chuyển và lắp đặt các khối dầm, dây có kích thớc và trọng l-ợng lớn
Trang 11+ Khoang dầm lớn, nội lực trong dây lớn, cấu tạo của các neo và công nghệ lắp đặt dây phức tạp hơn
- Phạm vi áp dụng:
Sử dụng nhiều ở các cầu dây văng thời kì những năm 1960-1970 có nhịp chính khoảng 200-300m với chiều dài khoang:
+ Dầm bê tông cốt thép: d=15-25m
b Sơ đồ dây nhiều – khoang nhỏ.
- Ưu điểm:
+ Giảm mô men uốn cục bộ trong phạm vi 1 khoang
+ Phù hợp với công nghệ thi công hẫng không cần dàn giáo cũng nh không phụ thuộc vào các điều kiện môi trờng nh khí tợng, thủy văn trên sông
+ Với dầm cứng BTCT, khoang nhỏ vừa thích hợp với chiều dài của đốt
đổ bê tông vừa làm cho cấu tạo neo đơn giản do lực tác dụng lên dây nhỏ
+ Nâng cao độ an toàn của công trình, khi 1 vài dây hoặc neo bị
h hang hoặc có sự cố thì dầm cứng không bị h hại nghiêm trọng Việc thay
đổi và sửa chữa các dây văng và neo cũng dễ dàng, thuận lợi hơn đồng thời vẫn có thể cho phép xe chạy
+ Lắp đặt dây, dầm có kích thớc và trọng lợng nhỏ => dễ dàng hơn
- Nhợc điểm:
+ Số lần lắp đặt dây, dầm nhiều hơn và mỗi lần lắp đặt lại cần tiến hành căng chỉnh để khống chế nội lực và biến dạng trong hệ
- Phạm vi áp dụng:
………