Sự phát triển cầu dây văng ở Việt Nam

Về sự phát triển cầu dây văng ở Việt Nam
Từ sau chiến tranh
thế giới lần thứ 2 kết
cấu cầu dây văng
hiện đại nhịp lớn
được phát triển do ưu
điểm nổi bật về tính
kinh tế của nó so với
cầu dây võng vì
không phải xây dựng
các mố neo lớn, các
tường neo cấp, cũng
như do tiện lợi trong
quá trình thi công
dầm và lắp đặt cáp từ
tháp mà tiến ra giữa
nhịp.

1. Sư phát triển xây dựng cầu dây văng trên thế giới.
Trong khoảng 50 năm qua kỹ thuật xây dựng cầu dây văng phát triển rất nhanh
chóng. Do phát triển sau và địa hình có nhiều sông lớn cho nên châu Á trở thành
nơi có nhiều cầu dây văng nhịp lớn nhất. Trên bảng 1 trình bày 10 cây cầu dây có
nhịp lớn nhất thế giới.
Bảng 1
TT Tên cầu – Quốc gia Độ dài nhịp
giữa(m)
Năm hoàn
thành
1 Tatara - Nhật Bản 890 1999
2 Normandi - Pháp 856 1995
3 Cầu thứ 2 sông Dương Tử ở Nam Kinh – Trung

Quốc
628 2001
4 Cầu thứ 3 Sông Dương Tử, Vũ Hán – Trung
Quốc
618 2000
5 Cầu sông Minjiang Qing zhou – Trung Quốc 605 2003
6 Dương Phố, Thượng Hải - Trung Quốc 602 1993
7 Xupu, Thượng Hải – Trung Quốc 590 1997
8 Meiko Cental - Nhật Bản 590 1998
9 Skarnsundet – Na- Uy 530 1991
10 Tsurumi Isubasa - Nhật Bản 510 1994

1
Các nhà thiết kế cầu luôn cố gắng vươn tới các cầu nhịp lớn, trước kia giáo sư
Leonhardt đã đưa ra một phương án thiết kế cầu vượt qua eo biển Messina với nhịp
chính 1750m, nhưng chưa thi công. Hiện nay tại Hồng Kông đã thiết kế xong Cầu
dây văng Stonecutte cho 6 làn xe co nhịp chính 1818m. Chiều cao tĩnh không cho
tàu thuỷ 73,5m. Dự án này do 4 Công ty tư vấn thực hiện thiết kế kết cấu và thiết
kế cảnh quan kiến trúc, đó là các công ty Halcrow, Flint & Nrill Partnership, Viện
thiết kế công trình đô thị Thượng Hải và Công ty thiết kế kiến trúc Đan Mạch
(Danish architects Dissing + Weiling). Công trình dự kiến hoàn thành vào năm
2007.
Người Trung Quốc muốn biểu dương sức mạnh trí tuệ và kinh tế trong một dự án
cầu dây avưng khác, đó là cầu dây văng vượt qua cửa sông Trường Giang ở thành
phố Nantong tỉnh Jiángu với nhịp chính có chiều dài lớn nhất thế giới 1088m.
Công trình này sẽ không có sự tham gia của các công ty nước ngoài. Hiện nay dự
án này đang được các Công ty Tư vấn là Viện Thiết kế và quy hoạch đường giao
thông Trung Quốc và Viện thiết kế đường hầm Thượng Hải là các đơn vị tư vấn
hàng đầu của Trung Quốc trong các lĩnh vực cầu dây văng và hầm thực hiện
nghiên cứu khả thi. Việc so sánh giữa phương án hầm qua sông và phương án cầu

dây văng cho thấy phương án cầu dây văng có ưu điểm nổi trội, tổng mức đầu tư
khoảng 725triệu USD. Dự án dự kiến hoàn thành vào năm 2008. Công trình này là
đỉnh điểm của sự phát triển cầu dây văng ở Trung Quốc trong khoảng thời gian 30
năm vừa qua. Bắt đầu từ năm 1975 hai công trình mở đường cho kết cấu cầu dây
văng ở Trung Quốc được thực hiện có chiều dài nhịp 76m và 54m, sau 7 năm
người Trung Quốc vượt nhịp 200m và 7 năm tiếp sau họ vượt nhịp trên 400m.
Trong vòng 15 năm kể từ khi hai công trình mở đường, người Trung Quốc đã hoàn
thành 20 cây cầu dây văng có nhịp lớn hơn 400m, trong số đó có 4 nhịp 600m và
nhịp lớn nhất là 628m (xem bảng 1). Trong khoảng 25 năm của thế kỷ trước ở
Trung Quốc đã xây dựng hơn 100 cầu dây văng.
2. Những bài học về kết cấu.
Với 50 năm tích luỹ kinh nghiệm trong quá trình nghiên cứu thiết kế và xây dựng
cầu dây văng, nhiều vấn đề lý luận không ngừng được cập nhật cho việc thiết kế
kết cấu.
2.1. Bố trí dạng dây văng
Dạng dây hình “Hình Đàn hạc” (các dây song song) là loại bố trí dây tạo được cảm
giác mảnh, thanh thoát và đẹp cho công trình nhất là cầu nhịp nhỏ hơn 200m cho
nên ở giai đoạn đầu phát triển cầu dây văng hiện đại người ta thường sử dụng hình
thức này. Nhưng loại hình bố trí cáp này không tối uưu về mặt chịu lực vì gây ra
mômen uốn lớn trong tháp nên ngày nay ít được dùng. Tuy nhiên đối với cầu nhịp
nhỏ như cầu Kiền (Quốc lộ 10) vẫn có thể áp dụng để giải quyết về mặt thẩm mỹ
cầu.
Dạng dây xoè (hình nan quạt) có nhiều ưu điểm về mặt chịu lực cho tháp (giảm
mômen uốn). Tuy nhiên dạng này bắt buộc phải tập trung liên kết dây cáp ở đầu
tháp, nên rất khó cấu tạo cũng như tạo ra không gian cho việc đặt kích căng dây.
Giáo sư Schlaich cùng công ty của ông đã có cánh giải quyết làm dạng “lọ hoa”

2
trên đỉnh thép ở cầu Hoogly ở Calcutta. Loại cầu này có thể giải quyết với tháp
bằng kết cấu thép.

Bố trí dây văng “lai hình đàn hạc” là dạng dùng phổ biến của các cầu dây văng
hiện đại. Toàn bộ đầu cáp neo vào tháp được bố trí ở phía trên thân tháp. Cách bố
trí này khắc phục được các nhược điểm phân phối lực của dạng “đàn hạc” và dễ thi
công căng cáp. Cả hai cầu có nhịp lớn nhất thế giới hiện nay là cầu Normandi
(Pháp) và Tatara (Nhật Bản) đều bố trí dạng cáp này.
2.2. Dầm cầu.
Một trong các đặc tính ưu việt của cầu dây văng là dầm cầu có chiều cao kiến trúc
thấp vượt nhịp lớn. Ở giai đoạn đầu phát triển cầu dây văng hiện đại, khi bố trí cự
ly dây vào dầm lớn, người ta thường sử dụng dầm thép bản ortroptop. Ngày nay
các cầu hiện đại đều bố trí cự ly neo dây ngắn thì không nhất thiết phải sử dụng
loại dầm này.
Theo Giáo sư Rene Walther, trong nhiều cuộc đấu thầu gần đây cho thấy rằng với
các cầu dây văng có nhịp 500m trở lại thì giá thành kết cấu phần trên của cầu với
các loại dầm thép bản ortrotop, dầm bê tông liên hợp, bê tông cốt thép là như nhau.
Điều đó dựa trên một thực tế là riêng giá thành dầm thép bản ortrotop đắt hơn dầm
bê tông 4 lần nhưng nó được bù lại vì giảm trọng lượng cáp văng mà giá thành của
nó cũng gần 4 lần đắt hơn ở dầm bê tông vì trọng lượng lớn hơn.
Việc lựa chọn loại dầm nào còn tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể nơi xây dựng cầu,
nếu điều kiện đất yếu thì dùng dầm loại nhẹ để giảm khối lượng thi công kết cấu
phần dưới. Khi thiết kế so sánh phương án cho cầu Sunshine cho kết quả giá thành
phương án dùng dầm bê tông và dầm thép lỉên hợp là như nhau. Đối với cầu sông
Fraser ở Vancouver (Canada) thì phương án dầm liên hợp rẻ hơn vì địa chất yếu
móng cọc sâu 70m. Nhưng có một điểm cần lưu ý hiện nay rất khó thi công lớp
phủ măt cầu có độ bền cao trên bản mặt cầu ortrotop, do đó cần cân nhắc kỹ khi sử
dụng.
Ngày nay khi đã tích luỹ được nhiều số liệu về thí nghiệm khí động học và khuynh
hướng bố trí dây với cự ly ngắn từ 7m đến 9m, các dầm cầu không nhất thiết phải
thiết kế theo dạng hộp có dạng thoát gió. Các nhà thiết kế cố gắng dùng các loại
dầm bản mỏng. Thío dụ cầu Evipros ở Euboea (Hy Lạp) được xây dựng 1992 có
nhịp chính 215m giáo sư Schliech với các công sự thiết kế cầu với bản dầm chiều

dày 45cm.
2.3. Tháp cầu
Tháp cầu là kết cấu gây nhiều ấn tượng nhất về vẻ đẹp của cầu và đóng vai trò
quan trọng cho việc ổn định khí động học cuqả kết cấu cầu. Trước kia tháp có các
dạng cơ bản hình H, chữ A, chữ Y ngược hoặc Diamon. Những tháp có được dạng
đẹp là các cầu Normandi, Tatara, Tháp cầu Cần Thơ đã được lựa chọn là một
phương án kiến trúc tốt. Phần lớn các cầu lớn mặt cắt ngang của cột tháp đều có
dạng hình hộp. Ở Trung Quốc người ta chú ý nhiều đến việc mặt cắt cột tháp có đủ
chỗ để bố trí kích căng cáp tại tháp thuận tiện cho thi công cho nên hình dạng tháp
chưa thanh thoát tương xứng với kết cấu cầu.

3
Hiện nay có nhiều khuynh hướng tìm tòi các giải pháp kiến trúc cho tháp vừa đáp
ứng yêu cầu thẩm mỹ nhưng có lợi về mặt kinh tế, nhất là vùng chịu gió bão lớn,
có mặt cầu rộng, đó là loại tháp một cột. Điển hình cho loại này là cầu Ting Kau ở
Hồng Kông: tháp chỉ có một ống
để đảm bảo ổn định ngang của cột người ta dùng cáp neo 2 bên của phần dưới thân
trụ. Hiện nay, cầu Stonecutter cũng dùng loại tháp một cột. Tính kinh tế của tháp ở
chỗ thi công một cột bao giờ cũng rẻ hơn thi công hai cột.
2.4. Số lượng mặt phẳng dây
Trong lịch sử phát triển cầu dây văng, người ta đều ứng dụng kết cấu hai, ba, bốn
mặt phẳng dây. Việc dùng 3 mặt phẳng dây cho các cầu nhịp nhỏ, do nhược điểm
về mặt phân phối chịu lực, ngày nay không dùng nữa.
Đối với cầu 1 mặt phẳng dây có ưu điểm về mặt mỹ thuật cầu thông thoáng và kích
thước móng không cần lớn. Tuy nhiên đối với loại kết cấu này người ta còn đang
xem xét về giới hạn trên của chiều dài nhịp. Qua quá trình khai thác cầu Chao
Phraya (Bang Kok, Thái Lan) có nhịp chính 450m, do vấn đề dao động nên thường
xuyên phải sửa chữa và gia cường lớp phủ mặt Asphal mặt cầu.
Đối với cầu mặt rộng, người ta sử dụng 4 mặt phẳng dây như cầu Ting Kau. Việc
thiết kế này có lợi cho ổn định khí động học.

3. Các bài học về khai thác cầu dây văng.
Ngày nay cho dù triết lý thiết kế hệ nhiều dây (cự ly neo giữa các dây ngắn) được
áp dụng phổ biến, việc thay cáp không cần có các kết cấu phụ trợ nhưng giá thành
vẫn rất cao. Vì vậy việc đảm bảo tuổi thọ khai thác của cáp là đặc biệt quan trọng.
3.1. Chống gỉ cho cáp
Bài học điển hình cho sự phá hoại vì gỉ cáp là cầu Kohlbrand ở Đức dùng loại cáp
bện chỉ sau 2 năm xây dựng bị đứt, cầu qua hồ Maracaibo chỉ sau 17 năm sử dụng
phải thay toàn bộ cáp do cáp gỉ có nguy cơ sập cầu. Bởi vì cáp thường xuyên trong
môi trường gỉ do không khí ô nhiễm, do mưa, do gió thổi có bụi cát, do bức xạ tia
cực tím, do cáp dao động lớn.
Hiện nay các loại cáp bện hầu như không còn được sử dụng cho cầu dây văng. Kết
quả nghiên cứu thực nghiệm cũng như kinh nghiệm khai thác ở cả châu Âu cũng
như ở châu Mỹ đều đư ẩ các khuyến cáo hệ chống gỉ cho cáp gồm nhiều lớp. Ví
dụ, PTI yêu cầu:
- Hai lớp bảo vệ hoàn toàn lồng vào nhau;
- Lớp bảo vệ bên trong phải hoàn toàn bọc phần cáp chịu lực kéo trên toàn chiều
dài tự do và chiều dài neo;
- Lớp bảo vệ bên ngoài hoàn toàn bọc lớp bên trong trên toàn bộ chiều dài.
Lớp bảo vệ trong thường là mạ kẽm, cũng có khi người ta dùng mỡ phủ và bên
ngoài các tao cáp được bọc bằng ống chất dẻo chắc chắn. Về nguyên tắc của bảo
vệ nhiều lớp là các lớp bảo vệ không bị vỡ ở bất kỳ nơi nào, trong trường hợp một
lớp bị phá hoại thì lớp kia vẫn có thể bảo vệ cáp chống gỉ.

4
Lớp bên ngoài là ống HDPE bao bọc kín khí, kín nước trên toàn chiều dài tự do
của cáp và ở vùng neo. Thông thường vùng vỏ bọc ngoài và vỏ bọc trong được lấp
đầy bằng vật liệu xáp hoặc tương đương ( trước kia hay dùng vữa xi măng).
Bất kỳ một hệ bảo vệ nào cũng cần được thí nghiệm về chất lượng bằng cách đặt
trong môi trường sương mù có muối trong 3000giờ, các lớp bảo vệ được thử độc
lập riêng rẽ. Đối với loại ống bọc ngoài dễ bị lão hoá bởi tia cực tím cần thí

nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM G26.
3.2. Sức chịu mỏi của cáp.
Ngày nay các nhà sản xuất cáp đã cố gắng nang cao khả năng chịu mỏi của cáp.
Giới hạn chịu mỏi của cáp được xác định thử với 2x10
6
chu trình trong khoảng
thay đổi ứng suất 100 tới 200MPa. Ảnh hưởng của chiều dài cáp và hiệu ứng bó tới
sự hình thành mức độ mỏi của cáp. Cho nên giới hạn thiết kế bao giờ cũng thấp
hơn mức thử của mẫu thử (khoảng 34 MPa) để xét tới chiều dài cáp lớp và tăng
thêm an toàn.
Một cơ cấu mỏi đặc biệt của các dây văng loại tao là mỏi do mài mòn. Trong một
tao cáp có 7 sợi, 6 sợi bao quanh 1 sợi ở giữa. Sự phá hoại do mỏi do bắt đầu từ
một điểm tiếp xúc của các sợi bên ngoài với sợi giữa, do chúng chuyển vị khác
nhau gây sự mài mòn. Ứng suất cắt do lực ma sát giữa các sợi chuyển vị khác nhau
gây ra vết nứt ở điểm tiếp xúc sau đó vết nứt phát
triển do ứng suất theo chu trình trong cáp và gây nên phá hoại do mỏi mài mòn.
Các kết quả nghiên cứu ở Mỹ cho thấy lớp vữa xi măng ở trong vỏ bovj cáp có tác
dụng chống tác nhân gây mỏi do mài mòn.
Lớp bảo vệ trong của cáp bằng phủ lớp mỡ cũng có tác dụng chống mỏi do mài
mòn.
4. Những ứng dụng thiết kế và thi công cầu dây văng bước đầu ở Việt Nam.
Trong phần này, chỉ đề cạp đến các cầu dây văng có tải trọng thiết kế lớn trên
đường quốc gia, thi công theo phương pháp hẫng (là lợi thế của kết cấu cầu dây
văng) do các kỹ sư Vạêt Nam thiết kế và thi công.
Xét về phương diện này, Việt Nam xuất phát sau Trung Quốc khoảng 25 năm và
sau châu Âu khoảng 50 năm. Chúng tôi xin giới thiệu dự án cầu Dakrong và càu
Rạch Miễu.
4.1. Cầu Dakrong
Cầu Đakrong trên đường Hồ Chí Minh nhánh phía tây. Cầu được xây dựng trước
khi có quyết định đầu tư đường Hồ Chí Minh. Cầu được xây dựng có tận dụng lại

móng trụ cầu cũ, trưdf móng trụ tháp xây dựng mới. Cầu dây văng một trụ tháp bố
trí nhịp như sau: 22,5m +42m+86,9m+ 22,5m. Tải trọng thiết kế H18 và xe xích
X-60.
Dầm thép bê tông liên hợp, mặt cắt ngang dùng 2 dầm I 1024mm chiều dày bản bê
tông 200mm. Chiều rộng mặt cầu 9m. Cự ly éo cáp là 9m để khối lắp ghép nhẹ.
Thi công theo phương pháp lắp hẫng. Cầu do TCty Xây dựng giao thông 4 thi

5
công. Cầu đưa vào khai thác từ năm 2000, thời gian vừa qua phục vụ rất đắc lực
cho việc vận chuyển vật tư xây dựng nhánhd phía Tây đường Hồ Chí Minh.
Qua dự án này cho thấy kết cấu thép bê tông liên hợp dễ tịhi công cho nhà thầu
Việt Nam. Việc tạo độ vồng cho cầu thông qua chế tạo dầm thép tại xưởng, quá
trình căng dây, tạo độ vồng lắp ghép ở hiện trường phù hợp với kết quả tính toán.
Nhà thầu tự chế tạo thiết bị cẩu lắp vì khối lắp ghép nhẹ.
4.2. Cầu dây văng Rạch Miễu.
Càu có bố trí nhịp 117m+270m+117m. Kết cấu tháp bằng bê tông cốt thép, phần
dầm bê tông dự ứng lực. Dự án này đã thiết kế xong. Thẩm tra thiết kế dio tư vấn
Áo thực hiện. Kết quả thẩm tra chấp nhận thiết kế của Việt Nam.
a. Mặt cắt ngang cầu:
Cầu dây văng Rạch Miễu là cầu cho 2 làn xe cho đường cấp III đồng bằng, trong
điều kiện bình thường bề rộng phủ bì của cầu chỉ là 12m. Nhưng cần chừa chỗ đặt
cáp văng và dự phòng chiều rộng 0,5m mỗi bên cho việc duy tu cáp nên bề rộng
phủ bì của cầu là 15m.
Để giảm nhẹ công tác bảo dưỡng dầm khi khai thác, mặt khác do khẩu độ nhịp ở
cận dưới của phạm vi sử dụng kết cấu cầu dây văng cho nên việc dùng kết cấu bê
tông là thích hợp khi xét đến biện pháp thi công cũng như giá thành của công trình.
Hình dạng mặt cắt ngang được chọn nhằm các mục tiêu:
- Giảm diện tích chắn gió;
- Giảm độ mở rộng vết nứt của dầm chủ trong thi công;
- Có lợi cho đảm bảo ổn định chống gió trong thi công và khai thác;

- Thuận tiện cho thi công đúc hẫng.
Chính vì thế mặt cắt ngang được chọn có dạng 2 sườn chính ở 2 phía nối với bản
mặt cầu, tỷ lệ kích thước của mặt cắt: h/L = 1/154; B/h = 8,6. Trong đó L là chiều
dài nhịp chính, B là chiều rộng mặt cầu, ha là chiều cao của dầm cầu.
b. Tháp cầu
Tháp cầu được thiết kế dùng vật liệu bê tông cốt thép, trong quá trình thiết kế so
sánh giữa hai dạng tháp hình A và H. Dạng tháp hình A có lợi thế tạo thêm vẻ đẹp
kiến trúc cho cầu nên được cháp nhận. Mặt cắt chân tháp hình hộp, trong lòng hộp
bố trí thang đi kiểm tra neo.
c. Bố trí cự ly neo cáp.
Kinh nghiệm thiết kế quốc tế cho rằng cự ly neo cáp cho dầm bê tông cốt thép
trong khoảng từ 6m đến 12m, đối với các nước phương Tây thường bố trí cự ly
khoảng 12 m để đảm bảo
cho việc thi công đúc hẫng và tiến độ thi công nhanh. Ở Trung Quốc thường bố trí
cự ly neo ngắn khoảng 7 m. Đối với công trình cầu Mỹ Thuận cự ly bố trí neo cáp
là 10,4m. Đối với Việt Nam, do các nhà thầu chưa có nhiều kinh nghiệm thi công
nên trong thiết kế cần xem xét cự ly neo sao cho thích hợp cả 2 mục tiêu vừa dễ

6
dàng khi thi công đúc hẫng phù hợp với điều kiện Việt Nam vừa hạ giá thành.
Trong quá trình thiết kế đã so sánh giữa các phương án cự ly neo dây 6m và 9m.
Nếu để cự ly neo dây 6m thì rất thuận lợi khi thi công vì việc đúc hẫng dầm hoàn
toàn tương tự như đúc hẫng dầm bê tông liên tục nhịp lớn mà các nhà thầu Việt
Nam đã có kinh nghiệm, điều chỉnh độ vồng dễ dàng hơn. Nhưng trong điều kiện
Việt Nam hiện nay giá thành vật liệu cáp và neo còn đắt cho nên chọn phương án
neo dây 9m là phương án trung gian để giảm được khối lượng cáp và neo nhưng
cũng giảm khó khăn cho việc chế tạo xe đúc cũng như việc điều chỉnh độ vồng khi
thi công so với cự ly neo cáp 10,4m hay 12m.
d. Vật liệu
Vật liệu neo và cáp theo tiêu chuẩn quốc tế quy định trong chỉ dẫn thiết kế thí

nghiệm và lắp đặt cáp dây văng của Viện dự ứng lực Hoa Kỳ (Recommendations
for stay cable design, testing and instalation). Vật liệu bê tông sẽ dùng loại có chất
lượng cao, ví dụ bê tông dùng cho dầm và tháp có cường độ 50MPa, cọc khoan
nhồi dùng bê tông có cường độ 40MPa. Muốn sản xuất được loại vật liệu này các
nhà thầu phải tuân thủ quy trình sản xuất một cách chặt chẽ, với việc sử dụng phụ
gia siêu dẻo thế hệ mới việc sản xuất các loại bê tông này không có gì khó khăn.
5. Một số vấn đề về lý thuyết tính toán thiết kế
5.1. Tải trọng thiết kế và việc xác định tốc độ gió cơ bản thiết kế.
Hiện nay các vấn đề quy định tải trọng thiết kế trong cầu còn nhiều vấn đề cần bàn
để đi đến thống nhất. Các vấn đề co ngót và từ biến của bê tông có thể tạm thời
chấp nhận theo tiêu chuẩn của FIB mà nhiều nước chấp nhận khi chưa có các kết
quả nghiên cứu cho địa phương mình. Tuy nhiên các vấn đề sai cần cân nhắc khi
xây dựng các số liệu cơ bản đầu vào cho thiết kế.
a.Tải trọng người bộ hành.
Hiện nay trong tiêu chuẩn thiết kế cầu Việt nam 272:01 quy định nếu bề rộng bộ
hành lớn hơn 60cm thì tải trọng bộ hành lấy bằng 3x10
-3
MPa tính cùng với tải
trọng thiết kế xe cộ. Đây là quy định cho các cầu thông thường, đối với cầu dây
văng nhịp lớn thì cần xdét đến hệ số triết giảm theo chiều dài nhịp nhất là các cầu
có nhịp lớn hơn 300m(khi tính tháp và nền móng của tháp)
b. Tốc độ gió cơ bản thiết kế
Trong thiết kế cầu dây văng người ta lấy tốc độ gío cơ bản là tốc độ gió trung bình
trong thời gian 10 phút ở độ cao 10m trên mặt đất tại nơi xây dựng cầu. Với tốc độ
này người ta xác định áp lực gió tác dụng vào các phần kết cấu thay đổi theo độ
cao khác nhau tuỳ thuộc vào sự phản ứng của kết cấu với gió thể hiện thông qua trị
số hệ số động lực nâng C
L
, hệ số kéo ngang C
D

, hệ số mômen quay C
M
(các trị số
này nhận được từ kết quả thí nghiẹm hầm gió). Cũng với tốc độ này người ta xác
định mức so sánh với tốc độ giới hạn gây ra dao động mất ổn định khí động học
của kết cấu. Đối với các cầu dây văng nhịp lớn, thường tổ hợp tải trọng gió khống
chế thiết kế nền móng và tháp ở khu vực có hệ số gia tốc động đất nhỏ.

7
Thông thường ở nước ngoài dựa vào các liệt thống kê của các trạm đo gió để xác
định tốc độ gió theo các tần suất xuất hiện khác nhau. Nhưng ở Việt Nam các số
liệu đo gió ở các trạm cho thấy tốc độ gió hoặc là thấp so với các tiêu chuẩn châu
Âu hoặc còn thiếu tin cậy, ví dụ ở một trạm đo gió máy đo gió chỉ có thể đo được
tốc độ gió lớn nhất 40m/s. Cho nên vừa qua có các xu hướng lấy tốc độ gió cơ bản
theo tiêu chuẩn châu Âu (cầu Bính, Mỹ Thuận, Rạch Miễu), hoặc thiên về lấy các
giá trị gần của Nhật Bản (Cần Thơ, Bãi Cháy).
Tên cầu Tốc độ gió cơ bản
V
10.10
(m/s)
Mỹ Thuận 33
Cần Thơ 40
Rạch Miễu 30
Bính 30
Bãi Cháy 40
Vấn đề này cần được giải quyết thoả đáng trong tương lai.
5.2. Về ổn định khí động họch của kết cấu.
Khi thiết kế cầu Rạch Miễu, để xác định tốc độ gió tới hạn mất ổn định tiến hành
tính giải tích
a. Kiểm toán dao động chòng chành.

Mục đích của việc tính toán là xác định tốc độ gió giới hạn dao động chòng chành
và tần số dao động chòng chành. Tốc độ này được xác định bằng cách thiết lập mô
hình 2 bậc tự do( bao gồm thức uốn và xoắn) và đạo hàm dao động của mặt cầu.
Theo phương pháp giải của SIMU và SCANLAN biến đổi phương trình chuyển
động của dầm cầu về một hệ phương trình với vế phải là các đa thức bậc 3 và 4:
a
4
X
4
+ a
3
X
3
+a
2
X
2
+ a
0
= 0
b
3
X
3
+b
2
X
2
+b
1

X+b
0
= 0
Trong đó các hệ số a
i
và b
i
là hàm số của mật độ không khí, hệ số khí động học,
đạo hàm dao động chòng chành, tỷ lệ tần số xoắn và tần số uốn; chiều rộng mặt
cầu. Các trị số hệ số khí động học, đạo hàm dao động lấy theo các trị số của các
mặt cắt cầu có hình dạng tương tự.
X= n/n
v
(n là tần số dao động bản thân và n
v
là tần số dao động xoắn). Dùng
phương pháp đồ thị để giải được nghiệm X và tìm được tốc độ gió triết giảm trung
bình. Từ đó tìm được tốc độ gió giới hạn chòng chành và tần số dao động chòng
chành qua các biểu thức:
U
F
= U
r
Bn
l
:

n
l
:

= Xn
v

Trong đó U
F
là tốc độ gió giới hạn, U
r
tốc độ triết giảm trung bình;

8
Kết quả giải tích cho tốc độ gió giới hạn ổn định 89m/s. Kết quả thí nghiệm hầm
gió tại trường đại học Đồng Tế cho thấy tốc độ gió giới hạn trong khoảng từ 88m/s
đến 116m/s với tốc độ gió tác dụng -3
o
và từ 0 đến +3
0
. Điều đó cho thấy kết quả
giải tích là khá trùng hợp.
b.Về giải tích tần số dao động tự nhiên kết cấu.
Tần số dao động tự nhiên của kết cấu là trị số rất quan trọng để tính toán ổn định
khí động học của kết cấu cũng như để xác định các kích thước mô hình thí nghiệm
hầm gió. Muốn xác định tần số dao động tự nhiên của kết cấu chính xác thì việc
mô tả toán học độ cứng chống xoắn của dầm cho sát với thực tế sẽ rất quan trọng.
Các đề xuất trong các tài liệu và khảo sát đo đạc tần số dao động tự nhiên trên công
trình cầu đã đi đến kết quả như sau: Khi mô tả kết cấu tính toán phần dầm chủ chỉ
nên mô tả một dải dầm hoặc 3 dầm thì cho kết quả đúng đối với cầu dây văng hai
mặt phẳng dây. (Thông thường giải tích tính nội lực kết cấu 2 mặt phẳng dây miêu
tả 2 dải dầm). Ví dụ kết quả tính cầu Rạch Miễu.
TT Tần số (Hz) với
mô hình 3 dải dầm

Tần số (Hz) với
mô hình dải dầm
Loại mốt
1 0.03302 0,3265 Mốt uốn thẳng đứng đối xứng
2 0,3733 0,3707 Mốt uốn dọc tháp với dịch
chuyển dọc và uốn thẳng đứng
phản đối xứng của dầm
3 0,4681 0,4680 Mốt uốn ngang đối xứng của
dầm
4 0,5100 0,5035 Mốt uốn thẳng đứng phản đối
xứng của dầm
5 0,6784 0,5782 Mốt uốn ngang phản đối xứng
của tháp
Khi mô tả hai dầm thông thường như khi tính nội lực, kết quả tần số dao động tự
nhiên sai khác trên 10%.
6. Triển vọng của kết cấu cầu dây văng ở Việt Nam
Đến khoảng năm 2007 chúng ta sẽ có 6 cây cầu dây văng đi vào khai thác. Sau giai
đoạn này, đội ngũ kỹ sư thi công và thiết kế sẽ tích luỹ được nhiều kinh nghiệm và
việc xây dựng cầu dây văng ở Việt Nam sẽ phát triển nhanh hơn, nhất là ở vùng
đồng bằng sông Cửu Long nơi có nhiều sông rộng, nước sâu, yêu cầu thông thuyền
cao. Đối với vùng đồng bằng Nam Bộ nên mạnh dạn áp dụng kết cấu dầm bê tông
thép liên hợp để giảm nhẹ khối lượng thi công móng trong vùng đất yếu đồng thời
thích hợp hơn với trình độ các nhà thầu Việt Nam. Với các Vàm Cống (An Giang),
Cổ Chiên (Trà Vinh) nên xây dựng với nhịp chính từ 600m trở lên, cầu Cao Lãnh
(Đồng Tháp) nên xây dựng với nhịp chính từ 400 trở lên để giảm khả năng va của
tàu thuyền vào tháp và dễ dàng cho thi công móng tháp.

9
Nếu ngành cơ khí chế tạo đầu tư sản xuất thiết bị hệ thống neo cáp văng thì giá
thành càu dây văng ở Việt Nam còn giảm được và khả năng phát triển sẽ tốt hơn.

7. Một số khía cạnh kỹ thuật
Từ kết quả giải tích và thí nghiệm hầm gió của nhịp dây văng 270m cũng như kinh
nghiệm ở một số nước cho thấy cầu dây văng có nhịp nhỏ hơn 270m, có dạng mặt
cắt tương tự đã từng được thí nghiệm hầm gió, có thể không cần thí nghiệm hầm
gió mà chỉ kiểm toán bằng giải tích. Về vấn đề này các nhà thiết kế ở Phần Lan đã
từng giải quyết cho việc thiết kế cầu Bính.
Cần có các nghiên cứu chi tiết hơn về việc phân vùng gió và độ tin cậy các trị số
khảo sát tốc độ gió ở Việt Nam để có quy định tốc độ gió thiết kế phù hợp với thực
tế hơn để tiết kiệm chi phí xây dựng.

(Nguồn: Tài liệu Hội thảo Khoa học kết cấu thép trong Xây dựng)


10