Bài giảng Cầu treo và dây văng

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HỌC PHẦN:

CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG

TS. TRƯƠNG VIỆT HÙNG
Email:

Hà Nội, 2020


CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG
 02 TÍN CHỈ - 30 TIẾT HỌC: 22 TIẾT CHO LÝ THUYẾT VÀ
8 TIẾT CHO BÀI TẬP
 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. TRƯƠNG VIỆT HÙNG –
BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG
 ĐIỂM Q TRÌNH 30%, THI KẾT THÚC 70%
 ĐIỂM QUÁ TRÌNH CHIA RA: ĐIỂM DANH + THÁI ĐỘ
HỌC TRONG LỚP 10%, BÀI TẬP VỀ NHÀ 20%
 VẮNG HỌC QUÁ 30% SỐ TIẾT: CẤM THI

2


MỤC ĐÍCH MƠN HỌC
Mơn học cung cấp cho sinh viên:
- Các kiến thức cơ bản về cầu treo và cầu dây văng.
- Cấu tạo, kích thước cơ bản của cầu treo và cầu dây văng
- Ngun tắc tính tốn thiết kế và điều chỉnh nội lực trong cầu treo và cầu dây văng.

3


NỘI DUNG MÔN HỌC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
CHƯƠNG 2. DÂY CÁP
CHƯƠNG 3. HỆ CÁP
CHƯƠNG 4. ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC CẦU DÂY VĂNG

4


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô (tập 1) – Lê Đình Tâm, NXB Xây dựng, HN 2009.

2.

Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tơ (tập 2) – Lê Đình Tâm, NXB Xây dựng, HN 2008.

3.

Các ví dụ thiết kế kết cấu nhịp cầu BTCT trên đường ô tô theo 22TCN 272-05 – Phạm văn
Thoan, Nguyễn Quý Thành, Nguyễn Trưởng Toán… NXB Xây Dựng, HN 2014.

4.

Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272.05 - Bộ GTVT.

5.

Bridge Engineering Handbook - Wai Fan Chen and Lien Duan, NXB CRC press, NewYork, 2000.

6.

Design of highway bridge - Richard M.Baker, Jay A.Pucket, NXB MC Graw Hill, 1997.

5


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HỌC PHẦN:

CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG

TS. TRƯƠNG VIỆT HÙNG
Email:

Hà Nội, 2020


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VÀ LỊCH SỬ

HỆ THỐNG CẦU CÓ CÁP HỖ TRỢ

2

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Thuộc hệ thống các cầu có sự hỗ trợ của dây cáp (cable supported bridges).
 Có khả năng vượt nhịp rất lớn: 200 – 2000 m.
 4 bộ phận chính:

(1) Hệ mặt cầu (hệ dầm và bản mặt cầu);
(2) Hệ cáp hỗ trợ cho hệ mặt cầu;
(3) Tháp cầu hỗ trợ cho hệ cáp;
(4) Các ụ neo (hoặc trụ neo).

3


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Cầu treo dây võng
 Cầu treo dây võng gồm: cáp

chính (cáp chủ), các cáp treo
(dây treo).
 Thường có dạng 3 nhịp: nhịp

chính rất lớn và 2 nhịp bên
ngắn. 2 nhịp 2 bên thường dài
bằng nhau, nhưng trong 1 số
trường hợp có thể khác nhau.
 Nếu cầu chỉ cầu 1 nhịp chính
thì vẫn phải bố trí dây neo để
truyền lực ngang của cáp chủ.

4


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Cầu dây văng

 Cầu dây văng bao gồm các dây thẳng liên kết giữa hệ mặt cầu và tháp cầu

 Dựa vào dạng hệ dây chia thành 3 loại:
 Sơ đồ dây đồng qui (Fan system);
 Sơ đồ dây dạng rẻ quạt (semi-harp);
 Sơ đồ dây dạng song song (Harp).
5


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Cầu dây văng
Sơ đồ dây
đồng quy

Sơ đồ dây
hình rẻ
quạt

Khi nhịp biên
ngắn hơn
nhịp chính

Trụ neo có thể bố trí phía
trong nhịp biên để phù hợp

mqh độ cứng tồn cầu
Sơ đồ dây
song song

6


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Vị trí trụ neo gần với tháp cầu hơn cũng được khuyến khích cho hệ thống cầu
có hệ dây đồng qui nếu bố trí cáp như nhau ở nhịp chính và nhịp biên.

7


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Đối với hệ thống cáp song song thì bố trí các trụ trung gian ở nhịp biên được xem
là hiệu quả, đặc biệt là nếu nhịp biên trên đất liền hoặc vùng nước nông.

8


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Dạng thông dụng nhất: 3 nhịp với 1 nhịp chính lớn và 2 nhịp biên ngắn hơn. Tuy
nhiên trong hệ thống CDV, người ta cũng có thể bố trí cầu 2 nhịp đối xứng hoặc
khơng đối xứng.

 Đối với cầu 2 nhịp đối xứng, cần bố trí 2 cáp neo đối xứng 2 bên cịn đối với cầu 2
nhịp khơng đối xứng chỉ cần bố trí dây neo ở nhịp ngắn.

9

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Hệ cầu dây văng nhiều nhịp cũng được sử dụng.

 Tuy nhiên, dưới góc độ kcấu ctrình thì hệ CDV nhiều nhịp có một số vấn đề, đặc
biệt:
 Do có ít cáp neo (tức là ít điểm khống chế chuyển vị đứng của hệ mặt cầu), tháp
cầu phải có độ cứng uốn đáng kể để có thể chịu được điều kiện tải trọng chỉ một
trong hai nhịp tiếp giáp với tháp.

10


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Hệ thống neo trong cầu được chia ra: hệ thống tự neo (self-anchored system) (trụ
neo) và hệ thống neo đất (earth anchored system) (khối neo)

 Trụ neo: lực ngang sẽ truyền vào dầm còn lực dọc truyền vào trụ. Trụ neo thường
dùng cho CDV.
 Khối neo: Cả lực ngang và lực dọc đều truyền vào khối neo và truyền xuống đất.
Khối neo thường dùng cho cầu treo dây võng.
 Lưu ý rằng cả trụ neo và khối neo đều có thể dùng cho cả 2 loại cầu.
11


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Bố trí hệ thống cáp theo phương ngang:
 Cách bố trí truyền thống là bố trí 2 mặt phẳng dây đứng dọc theo hệ mặt cầu. Cách
bố trí này hỗ trợ cho hệ mặt cầu cả về phương đứng và xoắn.

12


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Bố trí hệ thống cáp theo phương ngang:
 Khi mà mặt cầu được chia thành nhiều làn, hệ thống cáp có thể bố trí tại vị trí giữa
các làn giao thơng. Phương pháp này rất hữu hiệu nếu làn giữa chịu tải trọng lớn.
Tuy nhiên khả năng hỗ trợ chống xoắn cho hệ mặt cầu của hệ thống cáp sẽ giảm
đi.

13


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Bố trí hệ thống cáp theo phương ngang:
 Phương pháp bố trí nhiều mặt phẳng dây cũng được sử dụng cho hệ thống cầu có
bề ngang cầu rộng. Điều này giúp làm giảm đáng kể mô men theo phương ngang
cầu.

14


1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Bố trí hệ thống cáp theo phương ngang:
 Hệ thống một mặt phẳng dây cũng được dùng nhiều trong cầu dây văng. Trong
trường hợp này thì bản mặt cầu phải tự chịu mô men xoắn nên thường có dạng
hộp.

15

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Bố trí hệ thống cáp theo phương ngang:
 Hệ thống bố trí cáp xiên nối với biên của hệ mặt cầu cũng được sử dụng trong cầu
dây văng tháp dạng chữ A. Theo cách bố trí này hệ mặt cầu được hỗ trợ cả theo
phương đứng và xoắn bởi hệ cáp.

16


1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU CÓ HỆ CÁP HỖ TRỢ
 Nguyên tắc mang tải bằng cách treo một sợi dây, xích hoặc cáp qua một chướng ngại vật đã
được biết đến từ thời cổ đại.

 Tuy nhiên, mãi đến năm 1823, cây cầu vĩnh cửu đầu tiên được hỗ trợ bởi dây cáp bằng dây sắt
được xây dựng tại Geneva (Pháp) bởi Marc Seguin, một trong năm anh em trong hai thập kỷ
sau đó đã xây dựng hàng trăm cây cầu treo trên khắp châu Âu.

 Tất cả những cây cầu này
có kích thước khiêm tốn
nhưng chúng đã đánh dấu

một bước quan trọng trên
con đường dẫn đến các
cấu trúc ấn tượng hơn sau
đó.

17

1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU CÓ HỆ CÁP HỖ TRỢ
 Sử dụng dây cáp mỏng bị các vấn đề liên quan đến độ bền, bởi vì phương pháp hiệu quả để

bảo vệ chống ăn mịn chưa được tìm thấy tại thời điểm đó. Do đó, các kỹ sư ưa thích xây
dựng các cây cầu treo với các cáp chủ bao gồm các thanh mắt được kết nối với nhau tạo
thành các chuỗi lớn.

18


1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU CÓ HỆ CÁP HỖ TRỢ
 Nguyên tắc này Thomas Telford (Anh) áp dụng trong cây cầu đầu tiên trên thế giới để đi qua
một eo biển, Cầu Menai giữa lục địa Anh và Đảo Anglesey.
 Cầu Menai thơng xe năm 1826, nhịp chính dài 176 m được hỗ trợ bởi các chuỗi được lắp ráp
từ các thanh sắt rèn, mỗi thanh có chiều dài 2,9 m.

19


1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU CÓ HỆ CÁP HỖ TRỢ
 Một vdụ khác là cầu treo Clifton, thiết kế bởi Isambard Kingdom Brunel, nhưng được xây
dựng khi ông đã qua đời.
 Thơng xe vào năm 1864, nhịp chính dài 214 m - một nhịp ấn tượng.
 Để dựng lên các chuỗi thanh

mắt, một lối đi tạm thời được
hỗ trợ bằng dây cáp được thiết
lập giữa các điểm hỗ trợ trên

đỉnh tháp và tại các khối neo.
Vì vậy, nguyên tắc hỗ trợ cáp
thực sự được áp dụng, mặc dù

chỉ trong gđoạn xdựng.

20