Phân tích ứng xử kết cấu nhịp cầu dây văng có xét đến hiện tượng đứt dây cáp văng

Cầu dây văng luôn là kết cấu có nhiều đặc tính ưu việt mà ở đó nó thể hiện khả năng vượt nhịp lớn và có hình dáng kiến trúc độc đáo và là giải pháp kết cấu được ưu tiên lựa chọn Trên thế giới nhưng cầu dây văng nổi tiếng đã được xây dựng như cầu Tatara Nhật Bản cầu Normandy Pháp và ở Việt Nam như cầu Cần Thơ Cần Thơ Cầu Nhật Tân Hà Nội Ngoài ra còn phải kể đến các công trình cầu dây văng đã và đang được triển khai như cầu Vàm Cống Đồng Tháp cầu Đại Ngãi Sóc Trăng Trà Vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN U T N

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU NHỊP CẦU DÂY VĂNG CÓ XÉT ĐẾN HIỆN TƯỢNG ĐỨT DÂY CÁP VĂNG

LUẬN VĂN T ẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN U T N

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU NHỊP CẦU DÂY VĂNG CÓ XÉT ĐẾN HIỆN TƯỢNG ĐỨT DÂY CÁP VĂNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

LUẬN VĂN T ẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: GVC.TS NGUYỄN VĂN MỸ

Đà Nẵng - 2019

h c v ho n th nh luận văn tốt nghiệp này

Với thời gian nghiên cứu v năng lực bản thân còn hạn chế, luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tồn tại c vi n rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn Trân tr ng cảm ơn !

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Ngu n u T nh

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU NHỊP CẦU DÂY VĂNG CÓ XÉT ĐẾN HIỆN

TƢỢNG ĐỨT DÂY CÁP VĂNG

H c viên: Ngu n u T nh Chuyên ngành: Xây dựng công trình giao thông

Mã số: 85.80.205 Khóa: K36.XGT.TV Trường Đại h c Bách Khoa - Đ Đ

d y văng đã v đang được triển hai như cầu V m Cống Đồng Th p , cầu Đại gãi

óc Trăng – Tr Vinh ;

Trong cầu d y văng c p văng l bộ phận quang tr ng nhất do có độ mảnh lớn v nhạy cảm với c c nguy n nh n g y ra giao động Một trong những nội dung thiết ế cầu d y văng l x t đến sự l m việc của ết cấu nh p hi d y c p văng b đứt, thay c p

uận văn tập trung nghi n cứu sự l m việc của ết cấu nh p có x t đến một số

d y c p văng b đứt cho một c ng trình cầu d y văng giả đ nh

Từ khóa: Cầu d y văng; đứt c p cầu d y văng

ANALYZE ANALYSIS OF TEXTILE STRUCTURE CONDUCTIONS WITH CONSIDERATIONS TO THE CONDITIONS OF CANDY WIRE CABLES

ABSTRACT:

The cable-stayed bridge is always a structure with many preeminent features in

it, it shows the ability to exceed large span and has unique architectural shape and is the preferred structural solution to choose In the world, famous cable-stayed bridges have been built such as Tatara Bridge (Japan), Normandy Bridge (France) ; And in Viet Nam such as Can Tho Bridge (Can Tho), Nhat Tan Bridge (Hanoi), In addition, cable-stayed bridge works have been implemented such as Vam Cong bridge (Dong Thap), Dai Ngai bridge (Soc Trang - Tra Vinh) ;

In the cable-stayed cable-stayed bridge is the most important component due to its large slenderness and sensitivity to the causes of oscillation One of the contents of the cable stayed bridge design is to consider the work of the span structure when the cable stayed broken, replaced cables

The dissertation focuses on studying the operation of the span structure taking into account a number of broken stay cables for a hypothetical cable stayed bridge construction

Keywords: Cable-stayed bridge, Break cable stayed cable bridge

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vii

DANH MỤC CÁC CH VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC HÌNH xii

MỞ ĐẦU 1

C ƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG TRÊN T Ế GIỚI VÀ VIỆT NAM 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG TRÊN T Ế GIỚI 3

1.2 TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG Ở VIỆT NAM 9

1.3 CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH THÁI CẦU DÂY VĂNG 13

1.3.1 Bố trí sơ đồ nhịp 13

1.3.1.1 Cầu dây văng một nhịp 13

1.3.1.2 Cầu dây văng hai nhịp 15

1.3.1.3 Cầu dây văng ba nhịp 16

1.3.1.4 Cầu dây văng nhiều nhịp 18

1.3.2 Sơ đồ phân bố dây văng 19

1.3.2.1 Sơ đồ dây đồng quy 19

1.3.2.2 Sơ đồ dây song song 20

1.3.2.3 Sơ đồ dây rẽ quạt 21

Kết luận Chương 1 23

C ƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU DÂY VĂNG VÀ NGUYÊN LÝ TÍN TOÁN K I DÂY CÁP VĂNG BỊ ĐỨT 24

2.1 CÁC TRẠNG THÁI NỘI LỰC TRONG KẾT CẤU CẦU 24

2.2 TÍNH CẦU DÂY VĂNG C ỊU TẢI TRỌNG TĨN VÀ LỰC ĐIỀU CHỈNH 25

2.2.1 Mục đích của điều ch nh nội lực trong cấu dây văng tr ng

thái hoàn thiện 25

2.2.2 Tr ng thái xuất phát 26

2.2.3 Các biện pháp điều ch nh nội lực 27

2.2.3.1 Tạo dầm c độ võng ngược trong quá trình chế tạo 27

2.2.3.2 Điều chỉnh bằng cách căng kéo các dây văng 27

2.3 TÍN CẦU DÂY VĂNG C ỊU TĨN TẢI VÀ ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC 29

2.3.1 Mục tiêu của việc tính điều ch nh nội lực 29

2.3.2 Nội dung tính c u dây văng chịu t nh t i v điều ch nh nội ực 30

2.3.3 Phương trình chính tắc tính điều ch nh nội lực theo phương pháp lực 30

2.4 CƠ SỞ LÝ T UYẾT TÍN TOÁN ĐỨT DÂY CÁP VĂNG 32

Kết luận Chương 2 34

C ƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TÍN TOÁN VÀO CẦU DÂY VĂNG GIẢ ĐỊNH 35 3.1 GIỚI T IỆU SƠ ĐỒ CẦU 35

3.1.1 t cắt d c c u 36

3.1.2 t cắt d c c u 37

3.1.3 Sơ đồ nhịp c u 38

3.2 ĐIỀU C ỈN NỘI LỰC KẾT CẤU N ỊP CẦU DÂY VĂNG T EO C NG NG Ệ Đ C NG CÂN BẰNG 38

3.2.1 iều ch nh nội ực c u dây văng 38

3.2.2 Nội dung căng ch nh 38

3.2.3 Trình tự tính toán 39

3.2.4 Trình tự thi công v điều ch nh nội lực c u dây văng 40

3.2.5 i u đồ ao ô en cuối ao thi công v hai thác 50

3.2.6 Tổng hợp bao lực d c cuối cùng (bao thi công và khai thác) 53

3.3 TÍN TOÁN LỰC CĂNG TRONG DÂY CÁP VĂNG CÓ XÉT ĐẾN TRƯỜNG ỢP MỘT S DÂY CÁP VĂNG BỊ ĐỨT 55

3.4 ỨNG XỬ CỦA DẦM TRONG TRƯỜNG ỢP ĐỨT DÂY CÁP 57

3.4.1 rư ng hợp đ t cáp 1 57

3.4.1.1 So sánh mô men 57

3.4.1.2 So sánh lực d c 61

3.4.2 rư ng hợp đ t cáp 6 65

3.4.2.1 So sánh mô men 65

3.4.2.2 So sánh lực d c 69

3.4.3 rư ng hợp đ t cáp 11 73

3.4.3.1 So sánh mô men 73

3.4.3.2 So sánh lực d c 77

3.4.4 rư ng hợp đ t cáp 16 81

3.4.4.1 So sánh mô men 81

3.4.4.2 So sánh lực d c 85

3.4.5 rư ng hợp đ t cáp 21 89

3.4.5.1 So sánh mô men 89

3.4.5.2 So sánh lực d c 93

Kết luận Chương 3 97

KẾT LUẬN 99

TÀI LIỆU T AM K ẢO 1

DAN MỤC CÁC KÝ IỆU

 S KN.m Khả năng ch u tải của tiết diện

M KN.m Mômen uốn tại nút thứ i do t nh tải phần v c c ảnh

hưởng thứ cấp (nhiệt độ, co ngót, từ biến của b t ng trong hệ ở trạng th i ho n chỉnh

Ký hiệu Đơn vị Giải thích ý nghĩa

thứ cấp gây ra trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh

DC KN/m T nh tải bản thân dầm, lan can tay v n, gờ chắn

DW KN/m T nh tải lớp ph ng nước, lớp bê tông nhựa, tiện ích

chiếu sáng

cc

N  KN Lực căng chỉnh của dây ch u t nh tải phần 1 v t nh

tải phần 2 trong qu trình thi c ng được tính toán trong ph n điều chỉnh nội lực

N KN Lực căng lớn nhất trong d y văng do t hợp tải tr ng

kiểm tra đứt d y văng g y ra

 Hệ số sức kháng của d y văng, đối với trường hợp

kiểm tra hi đứt d y văng

n

R Sức h ng danh đ nh của c p l m d y văng

3.10: o s nh m men t ch l y của dầm trong trường hợp đứt c p 1 57 3.11: o s nh m men của dầm trong trường hợp đứt c p 1 có x t hoạt

3.12: o s nh lực d c t ch l y của dầm trong trường hợp đứt c p 1 61

3.13: o s nh lực d c của dầm trong trường hợp đứt c p 1 v hoạt tải

3.14: o s nh m men t ch l y của dầm trong trường hợp đứt c p 6 66 3.15: o s nh m men của dầm trong trường hợp đứt c p 6 có x t hoạt

3.16: o s nh lực d c t ch l y của dầm trong trường hợp đứt c p 6 70

3.17: o s nh lực d c của dầm trong trường hợp đứt c p 6 v hoạt tải

3.18: o s nh m men t ch l y của dầm trong trường hợp đứt c p 11 74 3.19: o s nh m men của dầm trong trường hợp đứt c p 11 có x t

3.20: o s nh lực d c t ch l y của dầm trong trường hợp đứt c p 11 78

3.21: o s nh lực d c của dầm trong trường hợp đứt c p 11 v hoạt tải

3.22: o s nh m men t ch l y của dầm trong trường hợp đứt c p 16 82 3.23: o s nh m men của dầm trong trường hợp đứt c p 16 có x t

Số hiệu

3.24: o s nh lực d c t ch l y của dầm trong trường hợp đứt c p 16 86

3.25: o s nh lực d c của dầm trong trường hợp đứt c p 16 v hoạt tải

DAN MỤC CÁC N

Số hiệu

1.9: M hình cầu Gibraltar T y Ban ha - Ma Rốc 8

1.28: Cầu qua s ng Rhin Đức có tr neo tăng cường 21 1.29: Cầu Tatara hật Bản có sơ đồ d y rẽ quạt 21 1.30: Cầu ormandy h p có một số tr ở nh p bi n 22

Số hiệu

2.2: Bố tr hớp tạm v biều đồ m men uốn do t nh tải 28 2.3: ơ đồ x c đ nh lực thay thế d y văng b đứt 33

3.4: M hình dạng h ng gian giai đoạn ho n thiện cầu trong Midas 38

3.6: ơ đồ bố tr c c d y văng ph c v căng chỉnh 39 3.7: ơ đồ t nh v chuyển v trong thi c ng đốt K1 42 3.8: ơ đồ t nh v chuyển v hi thi c ng đốt K2 42 3.9: Chuyển v đơn v của dầm chủ hi căng o d y văng 2 v 2’ 43 3.10: ơ đồ t nh v chuyển v của dầm hi thi c ng đốt K3 43 3.11: Chuyển v đơn v của dầm chủ hi căng o d y văng 3 v 3’ 44 3.12: ơ đồ t nh v chuyển v của dầm hi thi c ng đốt K4 44 3.13: Chuyển v đơn v của dầm chủ hi căng o d y văng 4 v 4’ 45

3.24: Biểu đồ m men t ch l y trong trường hợp h ng đứt c p 58 3.25: Biểu đồ m men t ch l y trong trường hợp đứt c p 1 g y ra 59

3.26: Biểu đồ m men trong trường hợp h ng đứt c p do hoạt tải

3.27: Biểu đồ m men trong trường hợp đứt d y c p số 1 do hoạt tải 61

3.32: Biểu đồ m men t ch l y trong trường hợp đứt c p 6 g y ra 67

3.33: Biểu đồ m men trong trường hợp đứt d y c p số 6 do hoạt tải

3.34: Biểu đồ lực d c t ch l y g y ra trong trường hợp đứt c p 6 71

3.35: Biểu đồ lực d c trong trường hợp đứt d y c p số 6 do hoạt tải

3.36: Biểu đồ m men t ch l y trong trường hợp đứt c p 11 g y ra 75

3.37: Biểu đồ m men trong trường hợp đứt d y c p số 11 do hoạt tải

3.38: Biểu đồ lực d c t ch l y trong trường hợp đứt d y c p số 11 79

3.39: Biểu đồ lực d c trong trường hợp đứt d y c p số 11 do hoạt tải

3.40: Biểu đồ m men t ch l y trong trường hợp đứt c p 16 g y ra 83

3.41: Biểu đồ m men trong trường hợp đứt d y c p số 16 do hoạt tải

3.42: Biểu đồ lực d c t ch l y trong trường hợp đứt d y c p số 16 87

3.43: Biểu đồ lực d c trong trường hợp đứt d y c p số 16 do hoạt tải

3.44: Biểu đồ m men t ch l y trong trường hợp đứt c p 21 g y ra 91

3.45: Biểu đồ mô men trong trường hợp đứt d y c p số 21 do hoạt tải

3.46: Biểu đồ lực d c t ch l y trong trường hợp đứt d y c p số 21 95 3.47: Biểu đồ lực d c trong trường hợp đứt d y c p số 21 do hoạt tải

x y dựng cầu đ y văng được ph t triển rộng hắp từ Bắc đến am

Cầu d y văng lu n l ết cấu có nhiều đ c t nh ưu việt m ở đó, nó thể hiện hả năng vượt nh p lớn v có hình d ng iến tr c độc đ o v l giải ph p ết cấu được ưu

ti n lựa ch n Tr n thế giới những cầu d y văng n i tiếng đã được x y dựng như cầu Tatara hật Bản , cầu ormandy h p , ; V ở Việt am c c cầu d y văng như

Mỹ Thuận V nh ong , Cần Thơ Cần Thơ , Cầu hật T n ội , Trần Th ý

Đ ẵng , V m Cống, Cao ãnh Đồng Th p , go i ra c n phải ể đến c c c ng trình cầu d y văng đã v đang được triển hai như cầu Đại gãi óc Trăng – Tr Vinh ;

Trong cầu d y văng c p văng l bộ phận quang tr ng nhất do có độ mảnh lớn v nhạy cảm với c c nguy n nh n g y ra giao động Một trong những nội dung thiết ế cầu d y văng l x t đến sự l m việc của ết cấu nh p hi d y c p văng b đứt, thay c p

uận văn tập trung nghi n cứu sự l m việc của ết cấu nh p có x t đến một số dây c p văng b đứt cho một c ng trình cầu d y văng giả đ nh

2 Mục đích nghiên cứu

Đề t i chủ yếu phân tích ứng x của nh p cầu d y văng hi h ng đứt c p v trường hợp đứt 1 c p văng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

T ng quan về tình hình giao thông hiện nay và sự ph biến của cầu d y văng

Cở sở lý thuyết tính toán Phân tích ứng x kết cấu nh p cầu d y văng có x t đến hiện tượng đứt d y c p văng

Đ nh gi hả năng l m việc của cầu d y văng trong trường hợp đứt dây cáp văng

4 Phương pháp nghiên cứu

Ch n m hình cầu để thực hiện c ng t c ph n t ch

d ng phần mềm Midas để x c đ nh c c gi tr nội lực trong cầu

Từ m hình cầu đã x y dựng tr ch xuất ết quả nội lực trong dầm trong trường hợp h ng đứt c p v đứt 1 c p

Thực hiện so s nh, đ nh gi đưa ra ết luận và theo nhận đ nh của đề tài phân tích

5 Kết quả dự kiến

Đưa ra ết quả ứng x của nh p cầu d y văng hi đứt c p văn trong c c trường hợp giã đ nh

6 Bố cục đề tài

Ngoài các phần mở đầu, m c l c, danh m c công trình khoa h c đã c ng bố danh

m c tài liệu tham khảo, nội dung của luận án bao gồm 03 chương, phần kết luận như sau:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG TRÊN T Ế GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1 T ng quan về cầu d y văng trên Thế Giới

1.2 T ng quan về cầu d y văng ở Việt am

1.3 C c sơ đồ v hình th i cầu đ y văng

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU DÂY VĂNG VÀ NGUYÊN LÝ TÍN TOÁN K I DÂY CÁP VĂNG BỊ ĐỨT

2.1 C c trạng th i nội lực trong ết cấu cầu

2.2 Tính cầu d y văng ch u tải tr ng t nh v lực điều chỉnh

2.3 T nh cầu d y văng ch u t nh tải v điều chỉnh nội lực

2.4 Cơ sở lý thuyết t nh to n đứt d y c p văng

Chương 3: ỨNG DỤNG TÍN TOÁN VÀO CẦU DÂY VĂNG CỤ T Ể

3.1 Giới thiệu sơ đồ cầu

3.2 Điều chỉnh nội lực ết cấu nh p cầu d y văng theo c ng nghệ đ c hẫng c n

C ƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG TRÊN T Ế GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG TRÊN T Ế GIỚI

Khái niệm cầu dầm được đỡ b ng các dây xiên bắt đầu xuất hiện vào thế kỷ 17 được Verantius talia, 1617 v oscher Đức, 1784 đề ngh áp d ng Việc chưa hiểu biết một c ch đầy đủ về sự làm việc của kết cấu trong các cầu d y văng v những hạn chế về công nghệ đã tạo ra cho chúng có hình dáng yếu, h ng an to n v đã g y ra

s p đ một số cầu Chính vì thế cầu treo được ưa th ch hơn v o thời điểm này

Trong suốt n a sau của thế kỷ 19, một số cầu treo được xây dựng Các cầu này

đã đưa v o c c d y c p xiên để tăng cường độ cứng và nâng cao n đ nh ch u t c động của gió Cầu n i tiếng Broooklyn (Hình 1.1), do Roebling thiết kế v ho n th nh năm

1883, có t ng chiều dài 1059,9m và nh p chính 486,5m, là một ví d điển hình của loại cầu treo có dạng lai và là một dấu mốc l ch s của ngành xây dựng cầu

Hình 1.1: Cầu Brooklyn (Hoa Kỳ, 1883)

Từ n a sau thế kỷ 19, sự phát triển của cầu d y văng hiện đại ngày càng mạnh

mẽ kể từ hi ng Dischinger đã cho thấy r ng độ cứng v độ n đ nh của cầu sẽ tăng lên khi áp d ng c p có cường độ cao và ứng lực trước Khi kết hợp c c đ c tính này với các phương tiện t nh to n như m y t nh thì việc phân tích kết cấu có hệ thống trở nên khả d hơn; từ đó dẫn đến một thiết kế hợp lý và kiểm so t thường xuy n được lực trong dây cáp B ng cách này, các kết cấu cầu d y văng sẽ được thiết kế một c ch đầy

đủ và hiệu quả

Cầu Stromsund ở Th y Điển h nh th nh năm 1956 được xem là cầu d y văng đầu tiên trong thời kỳ hiện đại hư xem ở hình 1.2, cầu này gồm ba nh p và có t ng chiều dài 332m, nh p chính 182,6m Hệ dầm m t cầu b t ng v th p được treo từ mỗi tháp b ng bốn c p d y c p văng

Hình 1.2: Cầu Stromsund (Thụy Điển , 1956)

Khi xét về tính kỹ thuật, kinh tế và mỹ h c, cầu d y văng có vai tr ng y c ng tăng v được s d ng rộng rãi trên khắp thế giới với những giải pháp kỹ thuật ngày càng cải tiến Ở Đức, cầu d y văng trở nên rất ph biến trong quá trình xây dựng lại sau chiến tranh

Một điểm chú ý cần quan tâm là việc thiết kế cầu d y văng đã trải qua nhiều tiến triển đ ng ể trong một thời gian ngắn chưa đầy 50 năm Mathivat đã t ng kết ba giải

ph p đ c trưng cho sự phát triển của cầu d y văng Ở giải pháp thứ nhất, các cầu s

d ng một số lượng giới hạn d y văng thường từ hai đến sáu c p dây ở nh p chính, giống như cầu tromsund C c c p n y được bố trí với khoảng cách lớn từ 30 đến 80m dẫn đến độ cứng uốn của dầm yêu cầu phải lớn (chiều cao th ng thường từ 3 đến 7m) Ngoài ra, lực kéo cáp lớn làm cho một số dây cáp cần thiết tạo th nh c c d y n o Điều

n y c ng đ i hỏi các neo cấu tạo phức tạp và ứng suất tập trung lớn Một hó hăn nữa

là cần thiết phải có các kết cấu ph trợ để lắp dựng thi công các cầu này

Giải pháp thứ hai là việc s d ng hệ thống cáp treo từng phần, trong đó hệ dầm được gối cứng tại các tr th p v được treo b ng số lượng lớn c c d y văng bố trí gần nhau Việc s d ng hệ thống nhiều dây văng n y có hai ý ngh a ch nh l s d ng hệ dầm có độ cứng vừa phải v được gối đ n hồi b ng c c c p văng, v việc giảm lực tập trung trong hệ dầm làm cho cấu tạo neo đơn giản hơn v tr nh việc tăng cường cho dầm gần v trí neo Khoảng cách nhỏ giữa các neo sẽ đem lại thuận lợi trong giai đoạn thi c ng Khi đó, c ng nghệ thi c ng đơn giản hơn v p d ng được công nghệ thi công hẫng Cầu đầu tiên theo giải pháp thứ hai này là cầu Friedrich Ebert xây dựng năm 1967 tại Đức Cầu Brotonne ình 1.3 được xây dựng năm 1977 tại Pháp với

nh p chính 320m là cầu d y văng b t ng đầu tiên áp d ng hệ thống nhiều cáp và hiện nay được xem là hình mẫu của các cầu theo giải pháp thứ hai này

Hình 1.3: Cầu Brotonne (Pháp, 1977)

Các cầu thuộc giải pháp thứ hai đã có sự chuyển tiếp để hình thành các cầu thuộc giải pháp thứ ba và giải ph p n y đã trở th nh xu hướng hiện nay trong các cầu dây văng nh p lớn Giải pháp thứ ba được đ c trưng bởi việc s d ng một số lượng lớn các

d y văng có hoảng cách gần nhau từ 8 đến 15m để đỡ hệ dầm Với dạng kết cấu treo này, dầm làm việc như thanh bi n ch u nén của kết cấu d n được treo vào tháp b ng các dây xiên Thực tế cho thấy r ng vì mô men uốn rất nhỏ nên chiều cao dầm hầu như độc lập với chiều dài nh p ch nh v độ cứng uốn d c yêu cầu ph thuộc chủ yếu vào sự

an toàn chống lại sự mất n đ nh và sự cần thiết hạn chế biến dạng c c bộ dưới tác

d ng của hoạt tải tập trung Cầu Pasco-Kennewic ình 1.4 được Arvid Grant hợp tác với c ng ty tư vấn Leonhardt, Andra & Partner thiết kế v được xây dựng ở Hoa

Kỳ năm 1978 với nh p chính 300m và t ng chiều d i 548m Đ y l cầu d y văng b

t ng đầu ti n được xây dựng ở Hoa Kỳ v c ng l cầu đầu tiên áp d ng kết cấu dầm được treo toàn bộ Dầm có dạng hộp có hai tam giác chiều cao 2,15m được liên kết

b ng các dầm ngang

Hình 1.4: Cầu Pasco-Kennewick (Hoa Kỳ, 1978)

Các cầu theo giải pháp thứ hai và thứ ba n y có độ mảnh đ ng ể so với các cầu

d y văng trước đó Điều này làm cho chiều dài nh p tăng l n li n t c, như được thể hiện ở hình 1.5 thể hiện quan hệ giữa chiều dài nh p v năm ho n th nh của các cầu

d y văng ti u biểu nhất trên thế giới

Hình 1.5: Sự phát triển chiều dài nhịp theo các năm hoàn thành của cầu dây văng

Với sự hoàn thành cầu Normandy ở h p năm 1994 có chiều dài nh p chính 859m và t ng chiều d i 2141m ình 1.6 , nó đã chứng minh r ng các cầu d y văng,

m ban đầu xem có khả năng vượt nh p lớn nhất từ 150-500m, được áp d ng một cách hoàn hảo, kinh tế và trở th nh phương n ưu ti n cho những nh p rất lớn Cầu Tatara (Hình 1.7) hoàn th nh năm 1999 tại Nhật Bản với chiều dài nh p chính 890m là một minh chứng hơn nữa về vấn đề này

Hình 1.6: Cầu Normandy (Pháp, 1994)

Hình 1.7: Cầu Tatara (Nhật Bản, 1999)

Theo Taylor, chưa thấy có một bộ phận nào trong cầu đạt tới một ngưỡng giới hạn n o đó, v vì tỷ số giữa giá thành và chiều dài nh p h ng tăng đều hi tăng chiều dài nh p nên ta có thể tăng chiều dài nh p lên nữa C c đề xuất trước đ y đối với cầu

d y văng với chiều dài nh p chính lớn hơn 1000m quả thực đã có c ch đ y hơn 20 năm, v đã có các dự án cầu d y văng nh p tr n 1000m đã ho n th nh như cầu Stonecutters nh p chính 1018m ở Hồng Kông, cầu Sutong nh p chính 1088m ở Trung Quốc và cầu Rusky của ga năm 2012 nh p 1104m lớn nhất thế giới hiện nay (Hình 1.8)

Hình 1.8: Cầu Russky (Nga, 2012)

Hạn chế đ ng ể nhất để l m tăng chiều dài nh p của cầu d y văng li n quan đến

sự phát triển lực nén lớn trong dầm do c c d y văng g y ra Theo Mathivat, điều này

giới hạn chiều dài nh p chính chỉ đến 1500m Ngoài phạm vi n y, th ng thường kết cấu cầu treo với c p được neo vào nền đất là sự lựa ch n tốt nhất Tuy nhiên, ngay cả với chiều dài nh p này, cầu treo có dây cáp xiên có thể đóng vai tr quan tr ng Khi

đó, việc bố trí thêm vào cầu treo trong khu vực gần tháp sẽ tạo ra độ cứng t ng thể cho cầu cao hơn dẫn đến ch u n đ nh h động và khống chế biến dạng t nh tốt hơn, đ c biệt quan tr ng trong các cầu xe l a Kết cấu cầu lai n y đã được Roebling s d ng dưới dạng thực nghiệm v đã được áp d ng xây dựng các cầu trong thời gian gần đ y

Dự án cầu Gibraltar (Hình 1.9) với nh p chính 5000m s d ng kết cấu cầu treo có tăng cường c c d y văng ở gần tr tháp

Hình 1.9: Mô hình cầu Gibraltar (Tây Ban Nha - Ma Rốc)

Một sự lựa ch n trung gian khác nữa hi vượt qua sông rộng v vượt biển là kết cấu dây văng nhiều nh p Cầu Millau ở Pháp và cầu Rion Antrion ở Hy Lạp s d ng hình thức kết cấu n y đã ho n th nh năm 2004

Hầu hết các nghiên cứu đã thực hiện đối với các nh p rất lớn là s d ng các vật liệu thích hợp như th p v b t ng với các tính chất được cải thiện đ ng ể trong vài thập ni n qua C ng vậy, trong suốt v i năm c c nghi n cứu gần đ y cho thấy ngày càng có nhiều đề ngh áp d ng vật liệu mới, cường độ cao và nhẹ Một số cầu dầm

nh p nhỏ được xây dựng dùng vật liệu composit chất lượng cao (ACM – Advanced Composite Materials dưới dạng sợi cacbon và vật liệu dẻo Các vật liệu này, với tỷ số cường độ-tỷ tr ng gấp khoảng 5-10 lần tỷ số này so với thép, có tiềm năng to lớn áp

d ng trong các cầu d y văng nh p lớn vì tr ng lượng bản thân của hệ dầm thường chiếm tỷ lệ phần trăm lớn của phản lực gối trong cầu nh p rất lớn

Hình 1.10: Cầu dây văng Aberfeldy (Scotland, 1992)

ng d ng đầu tiên vật liệu mới n y đối với kết cấu được đỡ b ng cáp là cầu đi bộ nhỏ Aberfeldy ở cotland năm 1992 ình 1.10 Với t ng chiều dài 113m và một

nh p chính 63m, cầu do Maunsel Structural Plastics thiết kế v được các sinh viên xây dựng cầu năm cuối của trường Đại h c Dundee thi công mà không dùng cần cẩu; cầu

có c c v ch ngăn đ c biệt chế tạo b ng các sợi thủy tinh tăng cường (GRP – Grass Reinforced Polymes) và cáp b ng các sợi parafil Gần hơn nữa, một cầu d y văng ở San Diego (Hoa Kỳ) có 2 nh p đối xứng và một th p, đã s d ng ống cacbon/epoxy nhồi bê tông cho dầm biên và tháp, các dầm ngang rỗng b ng b t ng có tăng cường sợi polyprotylen (PP) Ngoài ra, một số cầu làm b ng vật liệu cacbon/epoxy, Việc s

d ng vật liệu gia cường sợi như một lớp vỏ bên ngoài trong cầu thép-bê tông nh p lớn

có một ứng d ng nữa là có thể l m tăng độ cứng xoắn của hệ, cải thiện các tính chất

h động, v l m tăng độ bền

1.2 TỔNG QUAN VỀ CẦU DÂY VĂNG Ở VIỆT NAM

Từ những năm 90 của thế ỹ 20 c c dự n cầu d y văng đã được ch ý v thực hiện ở nước ta điển đình như cầu Mỹ Thuận V nh ong h nh th nh v o năm 2000, Cầu ng n Đ ẵng h nh th nh v o năm 2000, cầu Bảy Ch y uảng inh

h nh th nh v o năm 2006, cầu Rạch Miểu Mỹ Tho h nh th nh năm 2009, cầu h

Mỹ Tp CM h nh th nh v o năm 2009, cầu Trần Th ý Đ ẵng h nh th nh

v o năm 2009, cầu Cần Thơ Cần Thơ h nh th nh v o năm 2010, cầu hật T n

h nh th nh v o năm 2015, cầu V m Cống Đồng Th p h nh th nh v o năm 2019

go i ra c n phải ể đến c c c ng trình cầu d y văng đã v đang được triển hai như cầu Đại gãi óc Trăng – Tr Vinh

Cầu d y văng hật Tân (Hình 1.11), n m tr n đường v nh đai 2 của thành phố

Hà Nội, vượt qua sông Hồng nối phía Tây Hồ v Đ ng Anh, cầu dầm liên hợp BTCT với sơ đồ nh p 150+4x300+150, cầu có bề rộng 35.6m, ho n th nh v o năm 2015

Hình 1.11: Cầu dây văng Nhật Tân

Cầu Mỹ Thuận (Hình 1.12) là cây cầu d y văng bắc qua sông Tiền, nối liền hai tỉnh Tiền Giang và V nh ong, Việt Nam Cầu n m cách Thành phố Hồ Chí Minh 125

km về hướng Tây Nam, trên Quốc lộ 1A, là tr c giao thông chính của vùng đồng b ng sông C u Long

Hình 1.12: Cầu Mỹ Thuận

Cầu Rạch Miễu (Hình 1.13) n m trên quốc lộ 60 bắc qua sông Tiền, cách bến

ph c hoảng 1 km về ph a thượng lưu Đ y l chiếc cầu d y văng lớn thứ ba được xây dựng ở đồng b ng sông C u Long (cầu Mỹ Thuận do Úc thiết kế và thi công, cầu Cần Thơ do Nhật thiết kế và thi công) và Rạch Miễu là cây cầu đầu tiên do chính các

kỹ sư Việt Nam thiết kế và thi công theo công nghệ mới

Hình 1.13: Cầu Rạch Miễu

Cầu Bãi Cháy (Hình 1.15) n m trên quốc lộ 18, nối hai phần của thành phố Hạ Long là Hòn Gai và Bãi Cháy qua v nh C a L c nơi đ ra v nh Hạ Long, thuộc đ a phận tỉnh Quảng Ninh Do điều kiện thủy văn, đ a chất cùng yếu tố kỹ thuật phức tạp, kinh phí lớn, sau 20 năm l n ế hoạch cầu mới được hoàn thành Cầu được x c đ nh là công trình tr ng điểm quốc gia, có v trí chiến lược về giao thông, kinh tế và quốc phòng được Công an Tỉnh Quảng Ninh bảo vệ

Hình 1.14: Cầu Bãi Cháy

Cầu Cần Thơ ình 1.15 l c y cầu bắc qua sông Hậu, nối liền quận C i Răng, thành phố Cần Thơ và th xã Bình Minh, tỉnh V nh ong

Hình 1.15: Cầu Cần Thơ

Cầu Phú Mỹ (Hình 1.16) là cây cầu d y văng lớn nhất Thành phố Hồ Chí Minh bắc qua sông Sài Gòn nối Quận 2 và Quận 7, thuộc đường v nh đai ngo i của Thành phố Hồ Chí Minh T ng mức đầu tư 2076 tỷ đồng Cầu được khởi công ngày 9 tháng 9 năm 2005 v dự kiến hoàn thành cuối năm 2009, tuy nhi n theo tiến độ mới nhất thì

c ng trình đã vượt tiến độ đến 4 th ng v đã h nh th nh v o ng y 2 th ng 9 năm

2009 Đ y l c y cầu d y văng có 6 l n xe, ết nối Khu đ th mới Thủ Thiêm và Khu

đ th Phú Mỹ ưng, nối Quận 7 với Quận 2 và Quận 9 Cầu c ng gi p việc lưu th ng trên Quốc lộ 1A đoạn từ miền Bắc và miền Trung đi Đồng b ng sông C u Long đi qua

đ a phận Thành phố Hồ Ch Minh được rút ngắn, sau khi cầu Phú Mỹ v c c đường

v nh đai nối đến cầu hoàn thành sẽ góp phần làm giảm sự quá tải cho hệ thống giao

th ng đường bộ ở Thành phố Hồ Chí Minh, khi ấy các xe tải loại lớn và xe container

sẽ không chạy trong nội thành nữa, góp phần vào việc giảm ô nhiễm cho nội thành Cầu Phú Mỹ không chỉ là một công trình tr ng điểm của Việt Nam, mà còn là công trình cầu d y văng hiện đại nhất thế giới

Hình 1.16: Cầu Phú Mỹ

Cầu Vàm Cống là cây cầu d y văng bắc qua sông Hậu, nối liền thành phố Cần Thơ và tỉnh Đồng Tháp của Việt Nam Cầu Vàm Cống cách bến phà Vàm Cống khoảng 3 km về phía hạ lưu s ng ậu, và thay thế c m phà này khi cầu đi v o hoạt động Cầu đã được thông xe vào 19/5/2019

Hình 1.17: Cầu àm ống

Các dự án cầu d y văng đang thực hiện như: Cầu Đại Ngãi (Trà Vinh - Sóc Trăng Từ đó cho thấy Cầu d y văng đã v đang đóng vai tr quan tr ng trong hệ thống hạ tầng kỹ thuật của nước ta

1.3 CÁC SƠ ĐỒ VÀ N T ÁI CẦU DÂY VĂNG

Đ c điểm cơ bản có sức hấp dẫn của cầu d y văng l t nh đa dạng T nh đa dạng này thể hiện ở số lượng và chiều dài nh p, số m t phẳng v c c sơ đồ phân bố d y, Cầu d y văng với ưu thế về khả năng ch u lực, hợp lý về công nghệ thi c ng v t nh đa dạng về sơ đồ kết cấu đang trở thành các công trình có kết cấu độc đ o về kiến trúc và

đ c trưng hiện này

1.3.1 Bố trí sơ đồ nhịp

1.3.1.1 Cầu dây văng một nhịp

Cầu d y văng một nh p (Hình 1.18) có hai tháp cầu dựng trên hai mố, dầm chủ tựa lên hai gối cứng trên mố và các gối đ n hồi l c c điểm neo c c d y văng Từ đỉnh

th p, d y neo được liên kết vào mố neo ho c đ t sâu trong nền đường

Hình 1.18: Cầu dây văng một nhịp

Về sơ đồ kết cấu, hệ làm việc như một dầm liên t c trên các gối đ n hồi trung gian là các điểm neo dây và các gối cứng trên mố do đó hệ có đ c điểm ch u lực giống

như c c cầu d y văng ba nh p Tuy nhiên về m t công trình hệ có những nhược điểm như sau:

- Tồn tại hai mố neo ch u lực ngang giống như trong cầu treo dây võng Mố neo

là các công trình đồ sộ, tốn kém cần tránh trong cầu d y văng;

- Trên các mố đỡ dầm cần bố trí một gối cố đ nh và một gối di động Gối cố đ nh

ch u lực ngang khi có tải tr ng h ng đối xứng (hoạt tải , đồng thời lực ngang lại thay

đ i chiều tùy theo v trí của hoạt tải, đ c biệt nguy hiểm khi lực ngang hướng ra sông, cùng chiều với ấp lực đất nền đường;

- Dầm cứng ngoài ch u uốn ra còn phải ch u lực d c tr c thay đ i dấu, gây bất lợi cho việc áp d ng dầm cứng b ng BTCT

Do các nhược điểm cơ bản như tr n, cầu d y văng một nh p chỉ được áp d ng vào thực tế trong những điều kiện đ a hình đ c biệt như cầu vượt qua kênh ho c thung

l ng s u ình 1.19 v 1.20

Hình 1.19: Cầu Seville ở Tây Ban Nha

Hình 1.20: Cầu Ruck-A-Chucky ở California, Mỹ

1.3.1.2 Cầu dây văng hai nhịp

Cầu dây văng hai nh p được áp d ng cho các cầu vượt qua đường, qua sông không lớn lắm C c phương n cầu hai nh p đươc ch n chủ yếu l do điều kiện đ a chất, đ a hình ho c do yếu tố mỹ quan quyết đ nh, ví d cầu Bratislava (Hình 1.21)

Hình 1.21: Cầu hai nhịp ở Bratislava, Slovakia

Cầu d y văng hai nh p có thể có các nh p b ng nhau, hi đó th p cầu bố trí ở giữa, c c d y văng bố tr đối xứng qua tháp cầu Nếu không có dây neo vào mố thì các

d y văng chủ yếu ch u t nh tải Để tăng cường khả năng ch u hoạt tải, có thể bố trí hai dây neo vào mố Tuy nhiên do hệ đối xứng, các dây neo không ch u o dưới tác d ng của t nh tải n n để tránh dây ch u n n dưới tác d ng của hoạt tải trên một nh p, các dây neo cần được căng trước với nội lực đủ để khắc ph c lực nén lớn nhất có thể xảy ra Biện pháp này gây phức tạp cho c ng t c điều chỉnh nội lực và rất khó khống chế ứng suất mất mát trong quá trình khai thác

Hình 1.22: Dùng tháp cứng cho cầu Sông Hàn

Để khắc ph c nhược điểm tr n, thường dùng hai biện pháp: Dùng tháp cầu cứng

ở giữa để hạn chế chuyển v ngang của tháp, ví d cầu Sông Hàn - Đ ẵng (Hình 1.22); Dùng hai nh p có các nh p không b ng nhau, trong đó nh p lớn có số khoang lớn hơn, tại nh p nhỏ có bố trí dây neo vào mố (Hình 1.23)

Hình 1.23: Cầu dây văng hai nhịp không bằng nhau 1.3.1.3 Cầu dây văng ba nhịp

Những nhược điểm của hệ một nh p là lý do tất yếu dẫn tới hệ ba nh p Hệ ba

nh p là một trong những dạng cơ bản của cầu d y văng

ơ đồ ba nh p có nh p biên ngắn, h ng đỡ b ng c c d y văng có đ c điểm như sau:

- Hệ có độ cứng của các gối đ n hồi lớn do dây neo có chiều dài ngắn và có g c nghiêng n m trong vùng hợp lí nhất (45o);

- hược điểm cơ bản của hệ trên là có chiều dài nh p biên quá khác biệt so với chiều dài của nh p chính Nh p biên trong cầu d y văng l m việc như một dầm liên t c,

ch u uốn, ngoài ra còn ch u lực nén từ c c d y văng truyền v o Để đảm bảo góc nghiêng của dây neo trong khoảng 45o thì chiều dài nh p bi n được lấy b ng 1/4-1/5 chiều dài nh p chính Với các cầu nh p 200-300m thì chiều dài nh p biên khá lớn, trong khi khoang dầm ở nh p chính có thể thay đ i trong phạm vi rất rộng Nh p biên lớn sẽ gây mô men uốn lớn so với nh p giữa, g y hó hăn trong việc đảm bảo t nh đồng nhất của tiết diện dầm chủ và nội lực trong suốt chiều dài cầu Ngoài ra, lực nh tại mố neo

sẽ rất lớn làm phức tạp cấu tạo gối ch u phản lực âm trên mố

Do đó, cầu d y văng ba nh p mà nh p bi n h ng được đỡ b ng c c d y văng chỉ dùng có lợi trong c c trường hợp như c c cầu s d ng khoang dầm lớn; nh p chính nhỏ <150m , hi đó chiều dài nh p biên không quá lớn; và với các sông miền n i hi điều kiện đ a hình, đ a chất khống chế, buộc phải tránh xây d ng các tr ở khu vực giữa

s ng, nước s u, đ a chất, thủy văn phức tạp

Để s d ng khoang dầm ngắn, đồng nhất tiết diện dầm chủ của cả ba nh p (chiều cao, dạng tiết diện v đồng nhất chiều dài khoang dầm, tạo điều kiện dầm chủ làm

việc tương đối đồng đều trong phạm vi từng khoang, có thể áp d ng sơ đồ cầu dây văng ba nh p có dây bố tr đối xứng qua tháp cầu Về m t cơ h c, đ y l một dầm liên

t c tựa trên các gối cứng (mố, tr ) và các gối đ n hồi l c c n t treo d y văng Độ cứng gối đ n hồi ph thuộc vào các yếu tố:

- Diện tích và chiều d i d y: Độ cứng của các gối đ n hồi tỉ lệ ngh ch với chiều dài và tỉ lệ thuận với diện tích của d y văng Chiều d i d y được quyết đ nh bởi sơ đồ cầu và chiều dài nh p Diện t ch được ch n tr n cơ sở tận d ng tối đa hả năng l m việc của vật liệu đồng thời đảm bảo độ bền, độ mỏi v độ cứng chung của hệ;

- Góc nghi ng α của dây so với phương n m ngang: Góc nghiêng của dây so với phương n m ngang ảnh hưởng lớn đến nội lực trong dây và dầm c ng như đến các chỉ tiêu kinh tế, thuật của hệ Góc nghi ng α qu nhỏ ho c quá lớn so với 45o đều làm tăng độ v ng v do đó l m tăng m men uốn trong dầm cứng;

- Độ cứng và liên kết của dây neo: Dây neo là dây ở nh p bi n có đầu trên liên kết với đỉnh tháp cầu, đầu dưới liên kết cố đ nh vào dầm cứng tại v trí gần gối tựa để truyền lực ngang vào dầm, gối tựa lại được neo ch t vào mố ho c tr cầu để ch u lực

nh , tạo thành liên kết cố đ nh ở một đầu dây neo Trong cầu d y văng, d y neo giữ vai tr đ c biệt quan tr ng trong việc đảm bảo độ cứng của tòn hệ Nếu d y được neo

v o c c điểm cố đ nh là mố ho c tr cầu thì độ cứng của các gối đ n hồi chỉ ph thuộc vào chiều dài, diện t ch v độ nghiêng của các dây Nếu d y h ng neo v o c c điểm

cố đ nh thì độ cứng của hệ còn ph thuộc v o độ đ n hồi của điểm neo

So với hệ ba nh p h ng có d y văng ở nh p biên, với cùng chiều dài cầu, cùng góc nghiêng của d y, ngo i t nh đồng nhất về tiết diện dầm chủ, chiều dài khoang và

sơ đồ dây, hệ đối xứng qua tháp cầu có chiều cao tháp nhỏ hơn

Trong thực tế c ng tồn tại hệ cầu d y văng h ng có d y neo v o c c điểm cố

đ nh như mố, tr cầu C c sơ đồ này ch u tải tr ng đối xứng qua tháp cầu, như vậy hệ

ch u tải tr ng t nh tốt Dưới tác d ng của tải tr ng bất kì, ví d như hi hoạt tải đứng trên nh p giữa, c c điểm neo dây ở dầm biên sẽ vồng ngược do ảnh hưởng của dầm liên t c và do phản lực âm của các dây neo nh p bi n Độ vồng ngược của nh p biên làm giảm độ cứng chung của hệ v l m tăng m men uốn trong dầm cứng

Cầu d y văng h ng có d y neo có thể áp d ng để cải tạo, tăng cường khả năng

ch u tải của cầu c nhiều nh p, nh m nâng cấp tải tr ng b ng cách truyền bớt t nh tải cho dây ch u Còn khi thiết kế cầu mới thì nên áp d ng các tháp cầu cứng để giảm chuyển v của c c n t neo d y dưới tác d ng của tải tr ng bất kì Tuy nhiên biện pháp đơn giản và kinh tế nhất vẫn là bố trí các dây neo vào mố và tr cầu

Trong nhiều trường hợp, do điều kiện đ a chất, đ a hình ho c thủy văn hống chế, việc xây dựng tr , tháp cầu theo sơ đồ d y đối xứng không thích hợp thì có thể bố trí tháp cầu lui về phía bờ (Hình 1.24)

Hình 1.24: Cầu dây văng hai nhịp không bằng nhau 1.3.1.4 Cầu dây văng nhiều nhịp

Cầu d y văng có thể đạt được các nh p rất lớn (100-1000m n n th ng thường chỉ dùng đến hệ ba nh p để vượt các nh p chính, phần còn lại dùng các nh p cầu dẫn l đủ Tuy nhi n đối với những cầu dài qua biển, nối từ đảo n y sang đảo khác, đ a hình, đ a chất không phức tạp, để tránh xây dựng các nh p quá lớn, ho c khi cần tăng cường khả năng ch u tải, nâng cấp hệ dầm cầu c b ng cầu d y văng thì vẫn dùng hệ nhiều nh p (Hình 1.25)

Hình 1.25: Cầu Seto Ohashi ở Nhật Bản

1.3.2 Sơ đồ phân bố dây văng

Cầu d y văng l một hệ liên hợp giữa dầm cứng v c c d y văng m sơ đồ và sự phân bố dây trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng ch u lực và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của cầu Nói chung có bốn sơ đồ l đồng quy, song song, rẻ quạt và liên hợp

1.3.2.1 Sơ đồ dây đồng quy

ơ đồ d y đồng quy l sơ đồ c c d y văng quy t tại một nút cố đ nh trên tháp cáp cầu, từ đó c c d y tỏa xuống neo vào dầm cứng tại một số điểm tạo thành các gối

đ n hồi của dầm liên t c

Trong sơ đồ d y đồng quy, c c d y được liên kết cố đ nh tại n t tr n đỉnh tháp nên với m i v trí tải tr ng, nội lực các dây thông qua nút và dây neo vào mố tr và dầm cứng do đó hệ có độ cứng lớn Cầu d y văng đầu tiên Stormsund có bốn dây tập trung tr n đỉnh tháp, cầu Saint-Nazaire có 16 dây (Hình 1.26 ơ đồ d y đồng quy được dùng ph biến và hiệu quả cho các cầu ít dây, khoang lớn, hi đó cấu tạo nút trên đỉnh tháp không phức tạp Ngoài ra, trong cầu có tháp cứng, ho c bố tr d y h ng đối xứng thường dùng sơ đồ này

Hình 1.26: Cầu Saint-Nazaire, Pháp

Nội lực trong tháp lớn hơn so với phương n sơ đồ dây song song ho c rẻ quạt

Tr ng lượng toàn bộ d y văng thấp hơn so với trường hợp bố tr d y văng song song hược điểm chủ yếu của sơ đồ đồng quy là thẩm mỹ hạn chế, tạo cảm giác chật chội ở phía đỉnh tháp khi dùng nh p không lớn lắm ơn nữa, neo cáp tại đỉnh tháp khá phức tạp, chỉ có thể thi công dầm sau hi thi c ng th p, điều này nhiều khi lại là vấn đề rất quan tr ng li n quan đến yêu cầu rút ngắn thời gian thi công các công trình cầu

1.3.2.2 Sơ đồ dây song song

Trong sơ đồ d y song song, c c d y văng ở mỗi bên tháp cầu song song nhau, phân bố đều tr n đỉnh th p v neo v o c c điểm neo trên dầm chủ hư vậy, mỗi nút chỉ tập trung nhiều nhất 2 dây nên cấu tạo đơn giản Về m t kiến trúc, do các dây song song nên m i góc nhìn đều cảm nhận c c đường n t song song v c ch đều trong khi ở các hệ khác các dây giao cắt nhau lộn xộn (Hình 1.27)

Hình 1.27: Cầu Dusseldorf

Về m t ch u lực, sơ đồ d y song song có c c nhược điểm:

- Các dây có cùng góc nghiêng và là góc nghiêng nhỏ nhất nên làm giảm độ cứng của các nút neo dây và dầm;

- Chỉ có một d y tr n cùng được nối với dây neo còn các dây khác chỉ được liên kết với dầm và tháp tại c c điểm có chuyển v đ n hồi Các chuyển v này làm giảm độ cứng của hệ v l m tăng m men uốn của dầm khi ch u tải tr ng h ng đối xứng

- Về cấu tạo, nếu tất cả các dây neo cố đ nh vào tháp cầu thì tháp ch u uốn như dầm có một đầu ngàm (móng tr tháp) một đầu tựa trên gối đ n hồi (dây neo trên cùng) ch u các lực tập trung (lực trong c c d y văng t c d ng vào thân tháp gây bất lợi về n đ nh cho một kết cấu ch u mô men uốn và lực d c đều lớn Nếu các dây bố trí

di động tr n th p thì c c điểm neo dây trung gian (không liên kết với d y neo có độ cứng nhỏ khi ch u tải tr ng bất kỳ Muốn đảm bảo độ bền v độ cứng của hệ buộc phải tăng cường độ lớn của dầm cứng, hi đó sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế

Để khắc ph c nhược điểm tr n thường bố trí tr neo ở nh p biên, biến nh p biên thành hệ cầu dẫn Biện pháp dùng tr neo ở nh p bi n được kiến ngh đầu tiên ở các phương n cầu qua sông Rhin (Hình 1.28)

Hình 1.28: Cầu qua sông Rhin (Đức) có trụ neo tăng cường

ơ đồ dây song không cho phép khẩu độ tăng l n nhiều; tuy nhi n c ng cần ghi nhận giải ph p n y có ưu điểm cơ bản là do khoảng cách giữa các neo khá xa nên việc thi công có thể sẽ thuận lợi hơn, hả năng ch u động đất tr n hướng d c tốt hơn

1.3.2.3 Sơ đồ dây rẽ quạt

Đ y l sơ đồ trung gian giữa sơ đồ đồng quy v song song, trong đó từng dây thường được phân bố trên tháp cầu với khoảng cách nhỏ nhất để có thể cấu tạo, lắp đ t

v điều chỉnh chiều d i d y trong qu trình thi c ng hư vậy c c d y văng được bố trí

h ng song song để tranh thủ góc nghiêng lớn hơn v tr nh tối đa th p cầu v uốn ngang Trong sơ đồ rẽ quạt, các d y được neo cố đ nh trên tháp cầu do đó hoảng cách giữa các dây neo trên tháp lấy nhỏ nhất có thể chấp nhận được nên tr số mô men uốn trong tháp cầu dưới tác d ng lực ngang do hoạt tải tương đối nhỏ v h ng l m tăng

ch thước tháp (Hình 1.29)

Hình 1.29: Cầu Tatara (Nhật Bản) c sơ đồ dây rẽ quạt

Hiện nay sơ đồ hình rẽ quạt l phương n được ưa dùng nhất cho các cầu nh p lớn, khoang nhỏ và nhiều dây Tuy nhiên, trong hệ nhiều dây và khoang nhỏ, các dây văng nh p biên tại v trí gần mố làm việc rất m do d y có độ cứng theo phương thẳng đứng nhỏ (chiều dài lớn và góc nghiêng nhỏ) và lại neo vào v trí dầm có độ cứng lớn (gần mố cầu), kết quả là mô men uốn trong dầm cứng tại khu vực n y thường lớn hơn nhiều Để khắc ph c m men n y v để tăng độ cứng của các gối đ n hồi thì

có thể bố trí thêm một số tr neo ph Các tr neo có thể bố trí tại c c n t d y trường hợp khoang lớn) ho c có thể bố trí cách một vài khoang (Hình 1.30) Tr ph tại nh p biên còn có tác d ng làm giảm lực nén trong dây neo khi hoạt tải đứng trên nh p biên

Hình 1.30: Cầu Normandy (Pháp) có một số trụ ở nhịp biên

Khi cấu tạo thêm các tr neo ph ho c biến nh p biên thành hệ cầu dẫn, cần tiến hành so sánh t ng giá thành toàn công trình gồm kết cấu nh p và mố tr Việc bố trí tr neo tạo nh p biên thành cầu dẫn như cầu qua sông Rhin ở Duisbourg (Hình 1.31) và cầu Normandy là ví d điển hình

Hình 1.31: Cầu Duisbourg (Đức)

Kết luận Chương 1

ua chương 1 chúng ta rút ra những kết luận như sau:

Từ các dẩn chứng về l ch s phát triển và hình thành của cầu d y văng tr n thế giới và Việt Nam cho thấy cầu d y văng l một lựa ch n ph biền cho cầu có nh p lớn

Cầu d y văng có c c sơ đồ và hình thái cầu rất đa dạng thích hợp trong nhiều trường hợp thiết kế cầu cần đến các yếu tố như: Tính thẩm mỹ cao, vượt được nh p lớn, độ võng nhỏ, có tính kinh tế cao đối với các cầu có nh p lớn, t nh đa dạng về hình dáng, s d ng vật liệu hiệu quả, kết cấu không phức tạp dễ chế tạo và thi công, thi công nhanh

Với những ưu điểm vượt trội về các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, cầu d y văng đã được áp d ng rộng rãi trên Thế Giới và Việt Nam

Sự làm việc kết cấu cầu d y văng sẽ được trình b y trong Chương 2

C ƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ T UYẾT TÍN TOÁN CẦU DÂY VĂNG VÀ NGUYÊN LÝ

TÍN TOÁN K I DÂY CÁP VĂNG BỊ ĐỨT 2.1 CÁC TRẠNG T ÁI NỘI LỰC TRONG KẾT CẤU CẦU

- Nội lực do tỉnh tải

- Nội lực do hoạt tải

- Nội lực dự trữ trong tiết diện

Nội lực do t nh tải phát sinh do tr ng lượng kết cấu nh p Kết cấu nh p cẩn đủ lớn để ch u hoạt tải và tỉnh tải, trong đó:

+ Hoạt tải là m c tiêu cần đạt, n n thường nghiên cứu để sao cho kết cấu có khả năng tiếp nhận hoạt tải ở mức độ cực đại

+ gược lại, tỉnh tải là yếu tố b động, không phải là m c tiêu thiết kể nhưng lại quyết đ nh khối lượng và giá thành công trình, nên cần nghiên cứu để đạt giá tr cực tiểu

Các hiện pháp giảm nội lực theo truyền thống là dùng vật liệu có cường độ cao, Vật liệu nhẹ, giảm chiều dày các phủ m t cầu

T ng số nội lực do tỉnh và hoạt tải phải nhỏ hơn hả năng ch u lực của tiết diện Biểu thức kiểm tra bền có dạng:

Cầu d y văng l hệ si u t nh bậc cao nên việc điều chính nội lực nh m cực tiểu hóa