(LUẬN VĂN THẠC SĨ) Nghiên cứu dao động dây cáp căng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA
HÀ NỘI

VIỆN KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ

VIỆN CƠ HỌC

Nguyễn Đức Tồn

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG DÂY CÁP CĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI 2006

TIEU LUAN MOI download :


3

MỤC LỤC
Trang
Trang bìa ........................................................................................................ 1
Lời cam đoan ................................................................................................. 2
Mục lục .......................................................................................................... 3
Danh mục các hình vẽ và đồ thị...................................................................... 5
Chương 1

dây văng và hệ neo ................................................................. 9

1.1 Lịch sử phát triển Cầu dây văng .......................................................... 9
1.2 Dây văng ............................................................................................. 12
1.2.1 Cáp gồm các thanh song song ...................................................... 14
1.2.2 Cáp gồm các sợi song song .......................................................... 16
1.2.3 Tao cáp ........................................................................................ 20
1.2.4 Cáp kín ........................................................................................ 21
1.3 Hệ neo ................................................................................................ 22
1.3.1 Cấu tạo đầu neo ........................................................................... 23
1.3.2 Neo ép .......................................................................................... 24
1.3.3 Neo đúc hợp kim nóng .................................................................. 25
1.3.4 Neo bó dây gồm các thanh song song ........................................... 25
1.3.5 Neo các bó dây có sợi song song................................................... 26
1.3.6 Neo dùng cho bó cáp kín............................................................... 29
Kết luận chương 1 ..................................................................................... 30
Chương 2

tĩnh học dây cáp ..................................................................... 31

2.1 Mơ hình bài tốn khảo sát ................................................................... 31
2.2 Thiết lập phương trình biểu diễn đường cong tĩnh dây cáp .................. 32
2.3 Quan hệ giữa độ võng tĩnh lớn nhất và sức căng tĩnh ban đầu của dây
cáp ............................................................................................................ 36
2.4 Phương pháp tính lực căng ban đầu S0 theo một độ võng tương đối cho
trước. ........................................................................................................ 37
2.5 Các trường hợp đặc biệt ...................................................................... 38

TIEU LUAN MOI download :

4

2.5.1 Góc  = 0. Dây cáp ở vị trí nằm ngang ......................................... 38
2.5.2 Góc  = /2. Dây cáp ở vị trí thẳng đứng ...................................... 39
2.6 Khảo sát bài toán Tĩnh học dây cáp cho một sợi cáp cụ thể ................ 39
Kết luận chương 2 ..................................................................................... 43
Chương 3

Dao động dây cáp .................................................................. 44

3.1 Khảo sát dao động tự do của dây cáp căng ......................................... 44
3.1.1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động ............................... 44
3.1.2 Tìm nghiệm tổng quát của phương trình vi phân chuyển động ...... 47
3.2 Khảo sát dao động của dây khi đầu dưới neo vào gối đàn hồi ............ 53
3.3 Khảo sát dao động cưỡng bức của dây ............................................... 55
3.4 Khảo sát dao động tự do có cản của dây .............................................. 57
Kết luận chương 3 ..................................................................................... 60
Chương 4
đo dao động dây văng cho cầu Bến Cốc, Hà tây ........................................... 61
4.1 Mục đích thí nghiệm ........................................................................... 61
4.2 Máy móc thiết bị thí nghiệm và q trình đo dao động của dây cáp ... 61
4.3 Lắp đặt thiết bị đo dao động ............................................................... 62
4.4 Tiến hành gây tải trọng lên cầu .......................................................... 63
4.5 Kết quả thí nghiệm đo dao động của dây cáp ..................................... 64
danh mục công trình của tác giả ................................................................... 71
Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 72
Phụ lục ......................................................................................................... 73
1. Chương trình tính tốn bài tốn Tĩnh học trên phần mềm Maple 8. ....... 73
2. Chương trình tính tốn bài tốn Dao động trên phần mềm Maple 8. ..... 77

3. Chương trình tính tốn bài tốn Dao động có phần tử đàn trên phần mềm
Maple 8. .................................................................................................... 80

TIEU LUAN MOI download :


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang

Hình 1.1
Cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long).................... ..................................10
Hình 1.2
Cầu
Đắk’
rơng
(Quảng
Trị).........................................................11
Hình 1.3
Các loại cáp thép thơng dụng dùng làm dây
văng.......................12
Hình 1.4
Các dạng thép thanh dùng làm dây văng....................................14
Hình 1.5
Các
dạng
bó
cáp
có

sợi
song
song...............................................16
Hình 1.6
Cấu trúc bó cáp và tao cáp..........................................................19
Hình 1.7
Cấu trúc cáp kín..........................................................................20
Hình 1.8
Các dạng liên kết đầu neo...........................................................21
Hình 1.9
Cấu tạo neo ép.............................................................................22
Hình 1.10 Neo đúc hợp kim.........................................................................23
Hình 1.11 Neo bó dây gồm các sợi song song.............................................23
Hình 1.12 Neo BBRV..................................................................................25
Hình 1.13 Kết
cấu
neo
HiAm
–
BBRV........................................................26
Hình 1.14 Kết cấu neo cho bó cáp kín.........................................................27
Hình 2.1
Mơ hình sợi cáp căng trên cầu....................................................29
Hình 2.2
Mơ hình khảo sát.........................................................................30
Hình 2.3
Phân tố dây cáp...........................................................................31
Hình 2.4
Hình dạng đường cong dây cáp khi bị võng tĩnh........................38
Hình 2.5

Quan hệ giữa độ võng tĩnh lớn nhất và sức căng ban đầu..........
39
Hình 2.6
Đường
cong
dây
cáp
trong
trường
hợp
nằm
ngang.....................40
Hình 3.1
Mơ hình dây cáp để khảo sát dao động.......................................42
Hình 3.2
Mơ hình khảo sát.........................................................................43
Hình 3.3
Các
dạng
dao
động
riêng.............................................................48
Hình 3.4
Mơ hình khảo sát dây cáp khi có phần tử đàn
hồi.......................50

TIEU LUAN MOI download :


6

Hình 4.1
Cầu bến cốc.................................................................................58
Hình 4.2
Lắp
đặt
thiết
bị
đo
dao
động........................................................60
Hình 4.3
Các
ơ
tơ
đang
tiến
hành
thử
tải....................................................60
Hình 4.4
Đồ thị gia tốc của dây cáp số 3...................................................61
Hình 4.5
Đồ
thị
dịch
chuyển
của
dây
cáp

số
3...........................................62
Hình 4.6
Đồ thị gia tốc của dây cáp số 9...................................................62
Hình 4.7
Đồ
thị
dịch
chuyển
của
dây
cáp
số
9...........................................63
Hình 4.8
Đồ thị gia tốc của dây cáp số 15.................................................64
Hình 4.9
Đồ
thị
dịch
chuyển
của
dây
cáp
số
15.........................................64

TIEU LUAN MOI download :

7

MỞ ĐẦU
Hiện nay, các loại cầu treo được sử dụng rộng rãi ở nước ta và trên thế
giới, do chúng có nhiều ưu điểm về mặt kỹ thuật cũng như mỹ thuật. Nước ta
có nhiều sơng ngịi, việc phát triển hệ thống cầu là rất cần thiết, đặc biệt là cầu
dây văng, vì chúng thích hợp với các sơng có bề rộng lớn. Trước nhu cầu thực
tiễn, việc tìm hiểu nghiên cứu về dao động của các sợi cáp treo trên những
cây cầu thực sự đã trở thành mối quan tâm của nhiều nhà khoa học và các kỹ
sư, đặc biệt là việc làm giảm bớt biên độ dao động của các sợi cáp ngay từ khi
thiết kế các cây cầu mới hoặc nâng cao tính ổn định và tuổi bền cho các cây
cầu cũ. ở nước ta đã xây dựng một số cầu dây văng như: Cầu dây văng
Đak'rông (Quảng Trị), Cầu dây văng Mỹ thuận (Vĩnh Long), một số dự án đã
và đang được triển khai như cầu Phú Mỹ, cầu Bính (Hải Phịng), cầu Bãi
Cháy (Quảng Ninh)... Tháng 2, năm 1999 cầu Đak'rông đã gặp sự cố đứt neo.
Điều đó cho thấy, việc nghiên cứu về kỹ thuật cầu dây văng ở nước ta là rất
cần thiết. Các sợi cáp trên cầu dây văng dễ bị ảnh hưởng bởi các kích động
phức tạp bên ngồi (tác động của gió, dao động ngẫu nhiên của các phương
tiện giao thơng...). Để làm giảm ảnh hưởng đến mức có thể các dao động này,
một hướng nghiên cứu khả thi đã và đang được các nhà khoa học, các kỹ sư
quan tâm nhiều đó là gắn thêm bộ cản nhớt vào sợi cáp. Mặc dù quá trình đo
đạc, quan sát qua máy móc cũng chưa thể cho ta hiểu biết một cách sâu sắc,
thấu đáo, hồn chỉnh về q trình cơ học của sợi cáp khi có gắn bộ cản nhớt,
nhưng hiệu quả của việc kết nối thêm bộ cản nhớt là không thể phủ nhận.
Phần lớn các sợi cáp trên cầu dây văng ở vị trí nghiêng với phương
ngang một góc nào đó. Đã có nhiều tài liệu, cơng trình nghiên cứu về tĩnh học
và dao động của dây ở vị trí nằm ngang (xem [4, tr.191], [8,tr.239]...), khi đó
ảnh hưởng của khối lượng dây là không kể đến và lực căng trong dây là hằng

TIEU LUAN MOI download :

8

số. Luận văn này phát triển theo hướng nghiên cứu tĩnh học và dao động của
dây cáp căng nhưng ở vị trí nằm nghiêng so với phương ngang một góc nào
đó. Khi đó, yếu tố khối lượng dây cáp đã được đề cập đến và lực căng trong
dây khơng cịn là hằng số nữa, mà lực căng phụ thuộc vào biến không gian
dọc theo chiều dài dây.
Về phương pháp nghiên cứu, luận văn vẫn sử dụng các định luật và
nguyên lý cơ học đã biết để thiết lập các phương trình vi phân chuyển động
của dây như các định luật cơ học của Newton và nguyên lý D’lambe. Việc
giải các phương trình vi phân chuyển động này, luận văn sử dụng các phương
pháp tốn học giải tích thơng thường như giải phương trình vi phân thường,
giải phương trình vi phân đạo hàm riêng bằng phương pháp tách biến.
Luận văn bao gồm 4 chương.
Chương 1. Trình bày tổng quan về cấu trúc dây văng cũng như các đặc
trưng cơ học của dây văng.
Chương 2. Nghiên cứu về tĩnh học của dây văng
Chương 3. Nghiên cứu về dao động của dây văng
Chương 4. Đo dao động dây văng cho cầu Bến Cốc – Hà Tây
Với mức độ nghiên cứu của một luận văn thạc sỹ, chắc chắn vẫn còn
nhiều vấn đề mà luận văn chưa thể nghiên cứu một cách thấu đáo, hoàn chỉnh
các vấn đề đã đề cập đến. Học viên xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ học Kỹ
thuật và Tự động hoá- Đại học Quốc gia Hà nội, GS. TSKH Nguyễn Đơng
Anh, TS. Nguyễn Đức Tính đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo để học viên có
thể hồn thành luận văn này.

TIEU LUAN MOI download :

9

Chương 1
DÂY VĂNG VÀ HỆ NEO
1.1 Lịch sử phát triển Cầu dây văng
Cùng với cầu treo, cầu dây văng có một lịch sử lâu đời. Năm 1970 một
cơng trình sư người Pháp là Poet đã đề nghị dùng hai tháp cầu cùng một hệ
dây văng đỡ hệ mặt cầu của một cầu ba nhịp.
Năm 1817, ý tưởng của Poet đã được thực hiện ở Anh trong một cầu cho
người đi có nhịp chính là 33,5 m. Hệ dầm mặt cầu được đỡ bằng các dây văng
xuất phát từ đỉnh tháp cầu, phía đối diện các dây văng sử dụng một dây neo.
Năm 1868, ở Praha đã xây dựng một cầu dây văng qua sơng Vltava có
nhịp chính 146,6m. Hệ dầm mặt cầu được đỡ bằng dây văng tại các điểm dọc
theo nhịp, chia dầm thành các khoang dài 24,4m. Các dầm khá lớn nên đã bố
trí dầm cứng là hệ dàn có chiều cao tới 2,1m cùng với hệ dầm ngang liên kết
hai dàn. Dầm cứng vừa tham gia chịu uốn cục bộ và tổng thể gần giống như
vai trò dầm cứng trong cầu dây văng hiện đại.
Ngoài các dây văng thuần tuý, cuối thế kỷ 19 các dây văng còn được
dùng để tăng cường độ cứng của các cầu treo, tạo thành hệ liên hợp. Các dây
văng xuất phát từ đỉnh tháp cầu, neo vào dầm cứng tại một số điểm ở khu vực
1/4 nhịp để giảm mômen uốn và độ võng, thường có trị số lớn nhất trong cầu
treo. Cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 là thời kỳ tìm kiếm các biện pháp tăng
cường độ cứng cho hệ cầu treo, cầu dây. Sau hàng loạt các sự cố về cầu treo,
cầu dây văng mới lại được quan tâm nghiên cứu, áp dụng và phát triển.
Mặt khác, cùng với nhịp độ phát triển khoa học kỹ thuật, công nghệ
luyện thép đã cho lưu hành trên thị trường các kim loại và dây thép có cường
độ rất cao (1800 – 2000 MPa), trong khi môđun đàn hồi của các vật liệu

TIEU LUAN MOI download :

10

cường độ cao lại có khuynh hướng giảm, đặc biệt đối với dây cáp làm cầu
treo và cầu dây văng. Việc sử dụng vật liệu cường độ cao làm tăng độ võng
do hoạt tải. Đặc biệt với các hệ dây có trọng lượng bản thân nhỏ lại yêu cầu
tải trọng nặng, tỉ số nội lực do hoạt tải và tĩnh tải lớn nên thường gây biến
dạng do hoạt tải vượt trị số độ võng giới hạn quy định trong các quy trình. Để
giảm biến dạng của cơng trình thì hoặc giảm ứng suất do hoạt tải trong kết
cấu hoặc tăng tĩnh tải, điều đó đồng nghĩa với việc tăng tiết diện, vật liệu và
giá thành. Các biện pháp trên đều không mang lại hiệu quả kinh tế.
Để sử dụng hết khả năng chịu lực của vật liều cường độ cao trong các
hệ có dây chịu kéo có thể có hai phương hướng:
- Nghiên cứu các biện pháp tăng cường độ cứng của hệ thông qua các
giải pháp kết cấu như dùng dầm cứng, dùng các hệ liên hợp, các hệ
được gây tạo ứng suất trước có lợi về biến dạng, hoặc tìm các biện
pháp triệt tiêu biến dạng dư, biến dạng hình học, biến dạng đàn hồi
phi tuyến của các đoạn dây cong bị duỗi thẳng khi chịu tải trọng nút.
- Về mặt tiêu chuẩn kỹ thuật cũng cần nghiên cứu một cách thận
trọng và có cơ sở khoa học về việc quy định các trị số độ võng, biến
dạng cho phép của cơng trình dưới tác dụng của hoạt tải.
Cùng với thời gian, Cầu dây văng được quan tâm nghiên cứu và phát triển.
Cho đến nay, đã có rất nhiều cầu dây văng được xây dựng trên thế giới, có thể
kể ra các cây cầu nổi tiếng sau đây:
- Cầu Saint – Nazaire, 1975, dầm thép tiết diện hình hộp bản trực
hướng.
- Cầu Barrios de Luna, 1983, dầm cứng bằng bê tông cốt thép ứng
suất trước.

TIEU LUAN MOI download :


11

- Cầu Annacis ở Mỹ, 1986, dầm bê tông thép liên hợp, gồm hai dầm I
có bản bê tơng liên hợp.
- Cầu Ikuchi, 1991, nhịp chính bằng thép, nhịp biên bằng bê tông cốt
thép.
- Cầu Skamsundet, 1991, dầm chủ là bê tông cốt thép ứng suất trước.
- Cầu Thượng hải, 1993, dầm thép bê tông liên hợp.
- Cầu Normandie, 1995, tiết diện hình hộp bằng thép ở nhịp giữa.
Cầu dây văng có ưu điểm rõ ràng về mọi mặt nên đã được nhanh chóng
áp dụng trên tồn thế giới. Cho đến nay đã thống kê được trên 300 cầu dây
văng lớn nhỏ với đầy đủ thể loại trong đó có một đặc điểm quan trọng mà các
loại cầu khác không có được là tính đa dạng.
Ở Việt nam, Cầu dây văng cũng được quan tâm nghiên cứu từ lâu, trên
thực tế đã xây dựng một số cầu hiện đang khai thác sử dụng như cầu dây văng
Đak'rông (Quảng Trị), Cầu dây văng Mỹ thuận (Vĩnh Long), cầu Bến Cốc
(Hà Tây), một số dự án đã và đang được triển khai như cầu Phú Mỹ, cầu Bính
(Hải Phịng), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh)...

Hình 1.1 Cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long)

TIEU LUAN MOI download :


12

Hình 1.2 Cầu Đăk’rơng (Quảng Trị)

Như vậy, Cầu dây văng khơng chỉ là một cơng trình giao thơng đơn
thuần mà cịn là nơi thu hút, tập trung trí tuệ của các nhà khoa học, các kiến
trúc sư, các kỹ sư để tạo dựng được các cơng trình thể hiện một bản sắc kiến
trúc độc đáo cho từng khu vực. Với nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng, hoàn
chỉnh và phát triển mạng lưới giao thơng tồn quốc, trong những năm tới chắc
chắn lịch sử xây dựng cầu dây văng ở nước ta sẽ được nối dài bằng những
cơng trình ở miền núi, miền xi, mang đủ tính hiện đại và bản sắc riêng của
mỗi vùng miền trên đất nước Việt Nam.
1.2 Dây văng
Cầu dây văng làm việc như một dàn có biên dưới cứng chịu nén, uốn,
dây văng làm việc như các gối đàn hồi trung gian chịu kéo nên có thể làm
bằng thép cường độ cao, tuy nhiên các gối đàn hồi này lại không trực tiếp
truyền phản lực xuống đất nền mà thông qua tháp cầu truyền xuống trụ chính.
Do đó về ngun tắc, mố trụ chính của cầu dây văng chịu toàn bộ tĩnh và hoạt

TIEU LUAN MOI download :


13

tải trên cầu. Nếu nhịp dài thì trụ tháp tập trung vào khu vực gần bờ tránh được
các vị trí có địa chất và thuỷ văn phức tạp, do đó cầu dây văng chỉ phát huy
được ưu điểm với cầu có nhịp lớn và vừa (nhịp chính trên 100m).
Cầu dây văng là cầu có thể vượt qua các nhịp rất dài, do đó dây văng
thường có chiều dài lớn được căng và neo vào hai điểm cố định, dưới tác
dụng của tải trọng bản thân dây thường bị võng, khi chịu hoạt tải gây lên biến
dạng phụ. Để hạn chế các ảnh hưởng trên dây thường được chế tạo từ các sợi
thép có cường độ cao như sợi thép đơn đặt song song hay các bó cáp
Có nhiều loại cáp dùng làm dây văng, tuỳ theo kết cấu bó, phương pháp

chế tạo, dây được phân thành các loại chủ yếu sau đây (xem [8, tr.103])

b

a
d

e

f

c

Hình 1.3 Các loại cáp thơng dụng dùng làm dây văng
a. Thép thanh; b. thép sợi; c. cáp có sợi song song;
d. Tao cáp; e. Bó cáp; f. Cáp kín

TIEU LUAN MOI download :


14

Bảng 1.1 Các loại cáp thông dụng dùng làm dây văng(xem [8, tr.104])
Thanh

Cáp sợi

khơng

song

Bó các tao

nối

song

song song 2715

2616

1287

Thanh

Sợi

16mm

7,6mm

8351080

1350

1470

15701670

10301230

1500

1670

17701870

10001300

80

350

300320

120150

0,6

0,45

0,50,45

0.45

Thanh nối
Loại cáp

736
thép 835/103

Thanh 26,5;

Kết cấu dây

32 và
36mm

Cáp kín

Tao xoắn 7 sợi

Sợi có hình dạng

12,7; 15,2 và

khác nhau

17,8mm

2,97mm

ứng suất ở
biến dạng
0,2%
(0,2 MPa)
Cường độ
giới hạn
(MPa)
Giới hạn
mỏi

 (MPa)
max/Z
Mô đun đàn
hồi E (MPa)

210.000

210.000

205.000

7339

7642

7487

190.000200.000 160.000165.000

Tải trọng
phá hoại

7634

7341

(kN)

1.2.1 Cáp gồm các thanh song song
Cáp được cấu tạo từ các thanh thép đặt song song với nhau trong một

ống thép và được định vị bằng các vách ngăn bằng chất dẻo PE. Trong quá
trình lắp đặt, các thanh thép có thể tự do trượt dọc theo tuyến dây, nên việc

TIEU LUAN MOI download :


15

căng kéo có thể thực hiện một cách đơn giản cho từng thanh. Sau khi căng
kéo xong có thể bơm vữa xi măng trong lòng ống, đảm bảo ống thép cùng
tham gia chịu tải. Việc vận chuyển dưới dạng cuộn chỉ có thể thực hiện được
với các thanh có đường kính nhỏ hơn 16mm. Các thanh có đường kính lớn
hơn thường được chế tạo và vận chuyển dưới dạng thanh dài 15-20m. Việc
nối liên tục thường được thực hiện qua ống nối ren, tuy nhiên mối nối ren làm
giảm tiết diện của dây, gây ứng suất tập trung và giảm khả năng chịu mỏi của
thép.
Để tránh làm giảm tiết diện, đầu mối nối thường được chế tạo có đường
kính lớn hơn. Bó các thanh thép đặt song song đã được áp dụng vào cầu
Hoechst qua sông Main ở Đức năm 1971. Thép thanh thường có cường độ
giới hạn khoảng 1000MPa, đường kính từ 15 đến 36mm. Dùng thép thanh có
cường độ trung bình cần có diện tích tiết diện lớn hơn so với khi dùng thép
sợi hoặc tao cáp. Tuy nhiên ứng suất thấp trong dây có thể giảm độ nguy hiểm
do mỏi.
Đối với các cầu có nhịp nhỏ và trung bình (100-150 m), và có tĩnh tải
lớn (dầm chủ là bê tông cốt thép) việc dùng thép thanh làm dây văng kín hoặc
hở hồn tồn có thể chấp nhận được trên phương diện chịu lực, cấu tạo neo và
thi công. Sau đây là các chỉ tiêu cơ lý của một số loại thép thanh dùng làm
dây văng (xem [8, tr.105])
a.

Ống thép
Thanh đầu có mũ

b.
Ống thép
Thanh đầu có mũ

Khoảng trống bơm
vữa

Khoảng trống bơm
vữa

Hình 1.4 Các dạng thép thanh dùng làm dây văng
a. Thép thanh d=16mm cuốn trong rulô: b. Thép thanh d=26.5; 32 và 36mm

TIEU LUAN MOI download :


16

Bảng 1.2 Chỉ tiêu cơ lý của các loại thép thanh (xem [8, tr.105])
Loại thép

St 85/100

St 110/100

St 135/150

Đường kính danh
định (mm)
Din tớch danh nh
(mm2)
ng suất 0,2%0.2 (MPa)
C-ờng độ cực hạn z

26.5

32

36

26.5

32

36

16

551.5

804.2

1017.9

551.5

804.2

1107.9

201.1

835

835

835

1080

1080

1080

1325

1030

1030

1030

1230

1230

1230

1470

268

828.4

1048.4

687.4

989.2

1252

295.6

225.6

372.7

471.8

305.3

445.1

563.4

133

(MPa)
Lùc cùc h¹n/thanh (kN)
Lùc sư dơng (0,45z)
(kN)

1.2.2 Cáp gồm các sợi song song
Cáp gồm các sợi song song là các bó dây làm bằng các sợi thép có
cường độ cao bố trí song song đặt trong ống thép hoặc ống nhựa
polyethylene. Sau khi lắp đặt xong, thường bơm vữa xi măng trong lịng ống.
Các sợi thép có thể đặt riêng rẽ, sắp sếp theo hình lục giác trên nguyên tắc
đảm bảo các thanh ép sít nhau thuận tiện cho việc bó cáp và tạo lớp vỏ chống
gỉ.Tuỳ theo bó lớn, nhỏ số lượng sợi thép có thể phân bố như sau: 1; 1+6=7;
7+2x6=19; 19+3x6=37; 37+4x6=61 v.v... Cũng có thể xếp các dây theo dạng
hình chữ nhật như trường hợp cầu Severin, hoặc tiết diện tròn.

TIEU LUAN MOI download :


17

Bó dây có sợi song song chịu lực tốt hơn, có cường độ bằng cường độ
thép sợi đơn, có mơ đun đàn hồi cao hơn các bó có dây ốc. Tuy nhiên các bó
lớn có độ cứng lớn, khó cuộn vào các rulơ, khó vận chuyển, lắp đặt.

a.

d.

g.

Ống nhựa

b.

e.
c.
Vữa bảo vệ

Thép sợi

Hình 1.5 Các dạng bó dây có sợi song song
a. b. Bó dây gồm các sợi đơn; c. Bó dây có tiết diện chữ nhật
d. e. Bó dây dạng lục giác; g. bó dây có tiết diện trịn
Bảng 1.3 Đặc điểm của bó các sợi song song đường kính 7mm (xem [8, tr.106])
Số sợi

1

61

91

121

163

211

253

313

38.5

2348.5

3503.5

4658.5

6275.5

8123.5

9740.5

12050

1520

1520

1520

1520

1520

1520

1520

1520

1670

1670

1670

1670

1670

1670

1670

1670

Diện tích danh
định (mm2)
Cường độ
0,2%0.2 (MPa)
Cường độ cực
hạn z (MPa)

TIEU LUAN MOI download :

18

Lực cực
64.3

3922

5850.8

7779.7

10480.1

13566

16266

20124

18.9

1764.9

2632.9

3500.9

4716

6104.8

7320

9056

hạn/thanh (kN)
Lực sử dụng
(0,45z) (kN)

Hãng KOBELKO của Nhật chế tạo các bó cáp có sợi song song xếp
theo hình lục giác có tên PWS (Parallel wire strands). Các tính năng cơ bản
của loại cáp này bảng 1.4.
Bảng 1.4 Các tính năng cơ bản của cáp có sợi song song PWS (xem [8, tr.107])

Số sợi

Kích thước

Diện tích

Lực kéo đứt

Khối lượng

5mm

tiết diện (mm)

tiết diện (cm2)

tối thiểu (kN)

đơn vị (kg/m)

PWS19

19

b=25; h=22.3

3.731

585

2.92

PWS24

24

b=30; h=22.3

4.712

739

3.69

PWS30

30

b=30; h=31.0

5.890

924

4.61

PWS37

37

b=25; h=31.0

7.265

1140

5.69

PWS44

44

b=40; h=31.0

8.369

1350

6.76

PWS52

52

b=40; h=39.5

10.21

1600

7.99

PWS61

61

b=45; h=39.5

11.98

1880

9.38

PWS70

70

b=50; h=39.6

13.74

2150

10.8

PWS80

80

b=50; h=48.3

15.71

2460

12.3

PWS91

91

b=55; h=48.3

17.87

2800

14.0

PWS102

102

b=60; h=48.3

20.03

3140

15.7

PWS114

114

b=60; h=57.0

22.38

3510

17.5

Kí hiệu

TIEU LUAN MOI download :


19

PWS127

127

b=65; h=57.0

24.94

3910

19.5

PWS140

140

b=70; h=57.0

27.49

4310

21.5

PWS154

154

b=70; h=65.5

30.24

4740

23.7

PWS169

163

b=75; h=65.6

33.18

5200

26.0

PWS184

184

b=80; h=65.6

36.13

5670

28.3

PWS200

200

b=80; h=74.3

39.27

6160

30.7

PWS217

217

b=85; h=74.3

42.61

6680

33.4

TIEU LUAN MOI download :


20

Bảng 1.5 Các tính chất cơ bản của cáp xoắn ốc và cáp kín (xem [8, tr.107])
Khối lượng

Lực kéo đứt

Đường kính

T (kN)

bó (mm)

PWS 91

2800

55

14

200

200000

Cáp 7taox37sợi

2860

68

18

159

130000-140000

2890

60

17.8

164

155000-160000

2880

58

19

152

150000-170000

Loại bó cáp

đơn vị W

Mơđun đàn hi

T/W

(MPa)

(kg/m)

Cỏp xon
1taox127sợi
dùng cho cầu
Cáp kín loại C

1.2.3 Tao cỏp
Tao cỏp là một bó các sợi thép cường độ cao đường kính 4,5 đến 7mm
cuốn xoắn ốc một hay nhiều lớp quanh một sợi thép nằm chính giữa gọi là lõi,
mỗi lớp có vịng xoắn ngược chiều nhau để cáp khỏi bị tơi khi chịu lực.Các
chỉ tiêu chung của các loại bó cáp gồm nhiều tao theo tiêu chuẩn một số nước
có thể tham khảo trong bảng sau.
Bảng 1.6 Chỉ tiêu cơ lý của cáp có nhiều tao (xem [8, tr.109])
37 tao

61 tao

91 tao

Tải trọng

Tải trọng

Tải trọng

Tải trọng

Tải trọng

Tải trọng

giới hạn

sử dụng

giới hạn

sử dụng

giới hạn

sử dụng

z

0,45z

z

0,45z

z

0,45z

(kN)

(kN)

(kN)

(kN)

(kN)

(kN)

12.7

6724

3030.3

11102

4995.9

16562

4752.9

15.2

9634.8

4335.7

15884.4

7148

23696.4

10663.4

15.7

98235

4420.6

16195.5

7288

24160.5

10872.2

17.8

12772.4

5747.6

21057.2

9475.7

31413.2

14135.9

Đường kính
danh định
(mm)

TIEU LUAN MOI download :


21

Bó 7 tao x 37 sợi

Bó 1 tao x 127 sợi

Hình 1.6 Cấu trúc bó cáp và tao cáp

1.2.4 Cáp kín

Cáp kín là tổ hợp của các sợi thép trịn, hình thang và hình chữ Z.
Thơng thường lõi là một tao cáp gồm các sợi tròn, quanh lõi là vài lớp dây tiết
diện hình thang và ngồi cùng là các lớp dây tiết diện Z. Khi chịu kéo các dây
hình nêm và Z ép sít nhau bảo vệ cho nước và khí ẩm khơng lọt được vào các
lớp trong làm gỉ thép. Ngồi ra cáp kín cịn có mơ đun đàn hồi lớn hơn và
chống gỉ tốt hơn các loại cáp khác.
Đối với cầu dây văng cáp kín được sử dụng có lợi khi khơng cần đặt
dây trong ống và bơm vữa bảo vệ, khi cần giảm kích thước neo và khi cần đặt
dây qua tháp cầu để bỏ neo trung gian tại tháp. Tuy nhiên hệ có dây vắt qua
tháp cầu mắc nhiều nhược điểm chủ yếu do khó thay dây khi bị gỉ, hoặc cần
thay thế khi có sự cố, đặc biệt khi vấn đề chông gỉ chưa được giải quyết triệt
để, Ví dụ hiện nay cầu Maracaibo v cu Kởlbrand các dây đều bị gỉ và cần
thay thÕ.

Hình 1.7 Cấu trúc cáp kín

TIEU LUAN MOI download :


22

1.3 Hệ neo
Trong cầu dây văng, dây làm việc chịu kéo như các gối tựa đàn hồi
chịu toàn bộ phản lực thẳng đứng do tĩnh và hoạt tải tác dụng lên cơng trình,
đồng thời dây lại ln chịu tác dụng của hiệu ứng Karman nên dễ bị mỏi, do
đó nếu dây có sự cố sẽ nguy hại cho tồn cầu, đặc biệt đối với các cầu dây ít,
khoang lớn. Do đó khi thiết kế ngồi việc dùng cường độ tính tốn của dây
thấp hơn 0,45 tải trọng giới hạn cịn cần dùng các biện pháp chống dao động
và bộ phận neo cố là rất quan trọng. Dây cáp thường được chế tạo trong nhà
máy với cơng nghệ cao nên có chất lượng và độ tin cậy tốt, trong khi hệ neo

cố có thể phải gia cố và lắp ráp tại hiện trường nên độ chính xác và tin cậy
kém hơn, do đó neo cũng cần được đặc biệt quan tâm đến chất lượng, độ tin
cậy, biện pháp chống ăn mòn và chống rung.
Yêu cầu cơ bản của kết cấu neo như sau:
- Có khả năng chịu lực và chịu mỏi tương đương với dây và có thể
truyền tồn bộ lực trong dây vào dầm.
- Có khả năng thay thế khi cần thiết.
- Có khả năng căng chỉnh, thay đổi chiều dài trong thi cơng và có thể vi
chỉnh hoặc thả chùng khi cần thiết trong quá trình khai thác.
- Bố trí đủ khơng gian để thi cơng đơn giản, dễ kiểm tra sửa chữa trong
khai thác.
- Chống gỉ tốt.
- Chịu được các sự cố bất ngờ (chẳng hạn một dây bị đứt bất ngờ du tụt
neo hoặc do phá hoại).
Kết cấu hệ neo thường gồm hai bộ phận.

TIEU LUAN MOI download :


23

- Bộ phận thứ nhất nhằm liên kết bó dây với khối neo, gọi là “neo”. Bộ
phận này có tầm quan trọng đặc biệt vì việc liên kết một bó dây cường độ cao
với khối neo nảy sinh nhiều vấn đề phức tạp về khả năng chịu lực cũng như
công nghệ chế tạo.
- Bộ phận thứ hai nhằm liên kết khối neo với cơng trình như dầm hoặc
tháp cầu để chịu lực và có thể thay đổi chiều dài dây và nội lực trong hệ, gọi
là “đầu neo”. Bộ phận này có kết cấu đơn giản hơn vì là bộ phận liên kết giữa
các khối vật liệu có kích thước và hình dáng tuỳ chọn, tuy nhiên cần có cấu
tạo thích hợp để có khả năng thay đổi chiều dài trong quá trình điều chỉnh nội

lực.
1.3.1 Cấu tạo đầu neo
Đầu neo có cấu tạo, hình dáng, kích thước phụ thuộc vào kích thước
dây văng và phương pháp căng kéo. Đầu neo cần được thiết kế, chế tạo để đủ
khả năng chịu lực kéo đứt của dây mà không vượt quá giới hạn chảy của vật
liệu đầu neo. Tuỳ theo chức năng, có thể phân biệt hai loại đầu neo, đầu neo
cố định và đầu neo di động. Đầu neo cố định khơng có khả năng thay đổi
chiều dài sau khi lắp đặt. Đầu neo di động có khả năng thay đổi chiều dài dây,
tạo điều kiện căng chỉnh trong quá trình thi cơng cũng như khai thác.

Hình 1.8 Các dạng liên kết đầu neo
a. Neo cố định; b. Neo cố định bằng chốt; c. Neo di động ren răng lên thân neo
d. Neo di động qua các bu lông; e. Chêm chèn cố định vị trí neo

TIEU LUAN MOI download :


24

Đầu neo cố định có thể trực tiếp tựa lên dầm chủ hoặc tháp cầu qua các
lỗ rỗng (hình 1.8.e) hoặc qua mấu neo dạng vành khuyên (hình 1.8.a,b). Đầu
neo di động thường được thiết kế trên nguyên tắc các thanh ren hoặc dạng bu
lông hoặc tăng đơ, tạo điều kiện thay đổi chiều dài dây (hình d), hoặc trên
thân neo khoan sẵn các lỗ để liên kết với các bu lơng, qua đó neo vào kết cấu
(hình 1.8.c). Cũng có trường hợp neo được kích điều chỉnh chiều dài và chêm
chèn bằng các bản thép để cố định chiều dài dây (hình 1.8.e).
Đầu neo có thể liên kết cứng (hình 1.8.d, e) hoặc liên kết khớp (a,b,c)
với dầm chủ và tháp cầu. Đầu neo liên kết cứng thì mặt đệm neo phải lắp đặt
rất chính xác để giảm độ nghiêng lệch mặt neo. Trong quá trình chịu hoạt tải,
chịu lực gió, dây và neo ln bị uốn làm cho dây và neo bị mỏi. Đầu neo liên

kết khớp với kết cấu có thể làm đơn giản việc thi cơng, tránh được hiện tượng
uốn dây và neo khi chịu hoạt tải và lực gió.
1.3.2 Neo ép
Đối với các bó dây nhỏ như các tao cáp xoắn ốc, đặc biệt là các tao đơn
thì có thể dùng neo ép. Neo có dạng một ống thép hình trụ, đường kính trong
bằng đường kính tao cáp, sau đó neo được đưa vào máy ép thủy lực ép nóng
để thân neo ép chặt và cắn vào rãnh xoắn của dây nhưng không làm dây bị
thương tổn.
Do chỉ có mặt ngồi dây tiếp xúc với hộp neo nên neo ép chỉ dùng cho các tao
cáp xoắn ốc cỡ nhỏ như các tao đơn. Thân neo được ren răng để bắt bu lông
liên kết với các bộ phận khác của cơng trình (hình 1.9)

Hình 1.9 Cấu tạo neo ép

TIEU LUAN MOI download :


25

1.3.3 Neo đúc hợp kim nóng
Neo đúc hợp kim nóng có cấu tạo gồm một hộp neo lịng rỗng có dạng
hình cơn hoặc elip, bó dây lồng vào hộp, các sợi thép được tách riêng rẽ, có
thể uốn móc câu (hình 1.10) tạo mũ ở đầu sợi hoặc nhúng vào dung dịch rửa
sạch, đảm bảo dính kết tốt với kẽm.

Hình 1.10 Neo đúc hợp kim

Công việc tách dây phải đảm bảo rất cả các sợi đều được tắm trong hợp
kim nóng chảy. Hợp kim đúc neo có thành phần chính là kẽm (Zn), 9-11%
nhôm (Al) và 1-2% đồng (Cu) được nung nóng ở nhiệt độ 400-480oC. ở nhiệt

độ này thép bị nung nóng làm thay đổi tính chất cơ lý, đặc biệt giảm khả năng
chịu mỏi của bó dây.
1.3.4 Neo bó dây gồm các thanh song song
Hệ neo các bó dây gồm các thanh thép đặt song song được Dywidag
thực hiện vào cầu Hoechst qua sơng Rhin ở Đức. Bó dây gồm các thanh thép
d=16mm đặt song song trong một ống thép. Đầu các thanh thép được tạo mũ
và neo sau một bản neo, sau khi lắp đặt và căng kéo xong, trong lòng ống
được bơm vữa xi măng. Nhược điểm cơ bản của hệ neo Dywidag là khơng có
khả năng thay thế và vi chỉnh chiều dài trong quá trình khai thác (hình 1.11)

TIEU LUAN MOI download :


26

Hình 1.11 Neo bó dây gồm các thanh song song

1.3.5 Neo các bó dây có sợi song song
Bó dây có các sợi song song được dùng nhiều trong kết cấu BT (bê
tông) ứng suất trước và cũng được áp dụng cho cầu dây văng. Ưu điểm cơ
bản của bó dây các sợi song song là khả năng chịu lực và môđun đàn hồi chịu
kéo lớn hơn, nên nhiều nước, nhiều chuyên gia nghiên cứu chế tạo các loại
neo thích hợp nhằm áp dụng tốt nhất loại bó dây này.
Neo bó dây các sợi song song được E. Freyssinet kiến nghị áp dụng từ
năm 1928 cho kết cấu BT ứng suất trước. Neo bao gồm một khối neo có lỗ
âm và chốt dương dạng hình cơn, các dây khi chịu kéo bị kẹp giữa chốt và ổ
neo. Khi gặp các bó lớn thì kích thước neo phát triển rất nhanh, đồng thời
chốt neo hình cơn dễ làm dây bị trượt khi chế tạo khơng chính xác. áp dụng
và cầu dây văng, Stalhton (Thuỵ sỹ) và Prescon (Mỹ) đã khắc phục nhược
điểm trên bằng cách tạo mũ ở đầu các sợi và neo sau một bản neo.

Dưới đây giới thiệu một số loại neo thông dụng của một số hãng chế tạo để
nắm được nguyên tắc cấu tạo cơ bản và tham khảo trong quá trình nghiên cứu
chế tạo áp dụng.
- Neo BBRV (Thuỵ sỹ) (xem [8, tr.113])
Neo BBRV của Thuỵ sỹ dùng để neo một bó các sợi thép đặt song song
đầu tạo mũ có khả năng chịu tải lớn hơn cường độ dây. Tuy nhiên đầu neo tạo

TIEU LUAN MOI download :