Trình phát triển cầu treo dây văng và nhu cầu xây dựng công trình cầu lớn ở campuchia

Kẻ
THU VIEN

BO GIAO DUC VA DAO TAO
TRUONG DAI HOC XAY DUNG’ *
ĐẠIHỌC

S\ fe

XÂY DỰNG

TA
KHOA BAO TẠO

TRƯỜŨNG ĐẠI HỌC
XÂY DỰNG

NCS:

YIN SEREIVOTH

Tình hình phát triển cầu treo dây văng và
nhu cầu xây dựng cơng trình cầu lớn ở
Cămpuchia

CHUYEN DE TIEN SY

HA NOI, nam 2004


BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HOC XAY DUNG

NCS: YIN SEREIVOTH

Tình hình phát triển cầu treo dây văng và nhu cầu xây dựng cơng

trình cầu lớn ở Cămpuchia

Chun ngành: Câu-Hầm và các cơng trình trên đường ơtơ
và đường sắt

Mã số: 62.58.25.01

CHUYEN DE TIEN SY SO 1

S6 don vi hoc trinh: 03 DVHT

coer

‡S A45

/mụự,

CAN BO HUONG DAN: 1- GS.TS LÊ Văn Thưởng
2- PGS.TS

Nguyễn Phi Lân

HA NOL, nam 2004

XÃ


MUC LUC
Trang phu bia
Muc luc

Mở đầu

1. Đặc điểm của cầu treo đây văng
1.1. Khái niệm chung

1.2. Đặc điểm kết cấu cầu treo dây văng
2. Tình hình phát triển cầu treo dây văng
2.1. Tình hình phát triển của cầu treo dây văng

2.2. Phương hướng phát triển
3. Tính tốn cầu treo dây văng

3.1. Khái niệm về tính tốn cầu treo dây văng
3.2. Nội dung tính tốn cầu treo dây văng

3.3. Xác định kích thước cơ bản
4. Nguyên lý thiết kế cầu treo dây văng
4.1. Khái niệm cơ bản

4.2. Bố trí tổng thể
4.3. Tải trọng thiết kế
4.4. Trình tự thiết kế

5. Tính kinh tế của cầu treo dây văng
6. Tình hình giao thơng và nhu cầu xây dựng cầu lớn ở Campuchia
6.1. Mạng lưới giao thông ở Cămpuchia
6.2. Nhu cầu xây dựng các cơng trình cầu lớn ở Cămpuchia
Kết luận
Danh mục tài liệu tham khảo

Một số hình ảnh cầu treo dây văng trên thế giới


MO DAU
Cầu treo dây văng là một loại kết cấu liên hợp dầm mặt cầu chịu nén uốn

và dây vãng chịu kéo. Từ năm 1956 ở Thuy Điển xây dựng cầu Stromsund là cầu
treo day văng đầu tiên và cho đến nay trên thế giới đã xây dựng khoảng 400 đến
500 cầu với những cầu đặc biệt lớn như cầu Tatara nhịp 890m, cầu Normandie

nhịp 856m, cầu Yangphu nhịp 623m. Ở Việt Nam đã xay dựng cầu Mỹ Thuận
nhịp 350m, cầu Kiền nhịp 200m, đang xây dựng cầu Bãi Cháy nhịp 450m và sắp
tới sẽ xây dựng cầu Cần Thơ nhịp 550m, cầu Bính nhịp 350m, cầu Rạch Miễu
nhịp 270m và đang nghiên cứu cầu Phú Mỹ là một cầu đặc biệt lớn nối liền khu
công nghiệp và cảng Cát lái về Thành phố Hồ Chí Minh.

—r

HORMANDIE (PHÁP] 1995

856m

|

TATARA (HHAT BAN) 1999

——
Hình I: Sơ đơ các cầu treo đây văng.


Sở đĩ cầu treo dây văng phát triển nhanh vì:
- Nhờ sự phát triển của thép cường độ cao (cường độ đạt trên 1.8GPa) với

sơ đồ cầu treo dây văng tuy nhịp dài nhưng các dây vẫn bố trí theo đường thẳng
nên đã phát huy tốt khả năng chịu kéo của dây và bảo đảm kết cấu có độ cứng
chống biến dạng tốt.
- Kết cấu dầm cứng chịu uốn và nén nên có thể bố trí cấu tạo hợp lý với vật

liệu là thép, bêtơng cốt thép.
- Việc tính tốn kết cấu bằng phần tử hữu hạn với những chương trình hồn

chỉnh có thể phân tích nội lực và ổn định tương đối chính xác kể cả các bài tốn
khí động cũng đã được giải quyết tốt.
- Những năm gần đây vật liệu chất lượng cao ( Bêtông chất lượng cao, sợi
cácbon...) đã được nghiên cứu nhiều và đã được ứng dụng có hiệu quả.

Đối với những cầu có yêu cầu nhịp đặc biệt lớn thì cầu treo đây văng so
với các loại cầu treo dây võng có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn như độ cứng

kết cấu tốt hơn, khả năng chịu tác dụng của khí động cao hơn, cơng nghệ thi
cơng đơn giản hơn, trong q trình khai thác việc bảo vệ chống rỉ cho dây vãng
đễ dàng hơn và khi cầu phải thay dây thì cầu treo dây văng thuận tiện hơn. Nói
chung cầu treo dây văng có nhiều ưu điểm hơn nhất là về mặt kinh tế nên với

những cầu có nhịp đến 1000m sử dụng cầu treo đây văng sẽ có hiệu quả hơn cầu
treo dây võng.

So với cầu dầm thì cầu treo dây văng có thể vượt nhịp đài hơn nên chỉ phí
về móng trụ sẽ rẻ hơn, khối lượng vật liệu của tồn cầu sẽ ít hơn, cơng nghệ thi

cơng vẫn có thể sử dụng những công nghệ thi công như cầu dam ( Công nghệ
hãng, công nghệ đẩy, công nghệ giàn giáo di động) nhưng sẽ thuận tiện hơn vì có

những dây vãng là những gối đàn hồi sẽ đỡ dầm và thiết bị thí cơng nên khơng
cần dùng đến trụ tạm ảnh hưởng đến dịng chảy và thơng thuyền.


1. Đặc điểm của cầu treo đây văng:
1.1. Khát niệm chung:

Khác với cầu treo dây võng, cầu treo dây văng là hệ khơng biến dạng hình
học do đó có độ cứng lớn. Hệ làm việc như một dầm cứng tựa trên các gối đàn

hồi là các dây văng. Tăng số lượng gối đàn hồi sẽ không làm tăng khối lượng dây
và lực nén trong dầm chủ nhưng làm giảm đáng kể mômen uốn trong dầm cứng,
đặc biệt dưới tác dụng của tĩnh tải, mômen uốn trong dầm cứng gần như được
triệt tiêu. Do đó cầu treo dây văng có thể vượt được nhịp rất lớn mà lượng vật liệu

tăng không đáng kể.
Dây vãng làm việc chịu kéo thuần tuý nên có thể sử dụng hết cường độ của
sợi thép cường độ cao. Dầm cứng chịu nén nên có thể áp dụng vật liệu bê tông

cốt thép. Như vậy cả ba loại tiết diện đầm cứng: Bằng thép, thép bêtông liên hợp
và bêtơng ứng suất trước đều được sử dụng có hiệu quả và đạt được chiều dài

nhịp tương đương. Thật ra cầu treo dây văng làm việc giống như một giàn có biên
chịu kéo là các dây văng và hệ dầm mặt cầu chủ yếu chịu nén, nếu giảm chiều

đài khoang, chiều cao đầm và do đó giảm mơmen qn tính thì mơmen uốn trong
đầm sẽ giảm theo.
Cầu treo dây văng có ưu điểm rõ ràng về nhiều mặt nên đã được nhanh
chóng áp dụng trên tồn thế giới. Cho đến nay đã thống kê được trên 400 cầu treo

dây văng lớn nhỏ với đầy đủ thể loại trong đó có một đặc điểm quan trọng mà
các loại cầu khác khơng có được là tính đa dạng. Tính đa dạng của cầu treo dây

văng được thể hiện ở chiều dài nhịp, có thể làm được các nhịp từ dăm bảy chục
tới hàng nghìn mét, ở số lượng nhịp khác nhau, có khả năng thay đổi hình dạng,

sơ đồ phân bố và số lượng mặt phẳng dây...mà vẫn đảm bảo được các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật. Ngoài ra, khi thiết kế cầu treo dây văng các kỹ sư, kiến trúc sư


cịn có thể sáng tạo được nhiều dáng vẻ độc đáo, tạo thành các cơng trình kiến
trúc thể hiện được sự phát triển của khoa học và trí tuệ con người.

Như vậy cầu treo dây văng không phải chỉ là một cơng trình giao thơng
đơn thuần mà cịn là nơi thu hút, tập trung trí tuệ của các nhà khoa học, kiến trúc

sư để tạo dựng được các cơng trình thể hiện một bản sắc kiến trúc độc đáo cho
từng khu vực.

Ví dụ, để phục vụ cho triển lãm quốc tế ở Seville (Táy Ban Nha) nam
1993, năm

1992 đã khánh thành cầu treo dây văng mang tên Alamillo (hình 2).

Cầu có nhịp chính 200m, tháp cầu cao 134m bố trí nghiêng 32° tạo dáng mũi tên,
dầm chủ bằng thép tiết diện hộp sáu cạnh cao 4,4m được đỡ bằng 13 cặp dây
song song, đường ô tô chạy trên hai côngxôn mỗi bên đài 13,2m đỡ bản bêtông
mặt cầu dày 23cm, đường người đi bố trí trên hộp thép giữa hai mặt phẳng dây.
Quả nhiên cầu đã thu hút được sự chú ý của khách và gây được ấn tượng sâu sắc
trước đáng vẻ độc đáo và hồnh tráng của cơng trình. Tuy nhiên với những cơng

trình như vậy thì giá thành khơng phải là vấn đề quan tâm nhiều. Cịn chiếc cầu
thứ hai đã được xây dựng ở Rotterdam (Hà Lan) cũng mang màu sắc tương tự

(hình 3).
Về mặt chịu lực cầu treo đây văng là hệ khơng biến hình đo đó có độ cứng
lớn hơn so với cầu treo dạng parabol nhưng trình tự thi cơng lại đảo ngược so với
cầu treo dây võng tức là thi công dầm trước, dây sau. Với công nghệ thi công

hãng nhược điểm này đã được khắc phục, do đó cầu treo dây văng có thể áp dụng
có hiệu quả cho cầu trên đường ôtô, cầu đường sắt qua sông sâu, qua các thung
lũng, khi xây dựng trụ phức tạp và tốn kém. Do đó cầu treo dây vãng có chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật tốt khi nhịp chính trên 100m, đối với các nhịp nhỏ (dưới 60m)
hiệu quả kinh tế có thể tăng do công nghệ thi công phức tạp hơn so với hệ cầu
đơn giản thông thường.


t6

i

coe eo

es

“

ki

lái

Hình 2: Cầu Alamillo ở Sevile (Táy Ban Nha), 1992.

Hình 3. Cầu Rotterdam (Ha Lan).

1.2. Đặc điểm kết cấu cầu treo đây văng:
1.2.1. Loại hình nhịp:

Tuỳ theo nhu cầu về tính khơng thơng thuyền, địa hình, đặc điểm kiến trúc
và tính kinh tế của cầu treo dây văng cũng như công nghệ thi công v.v... mà đưa
ra phương án loại hình nhịp cho phù hợp.


12.2. Hinh dạng tháp:

Tháp cầu là bộ phận quan trọng có tính quyết định các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật và độ an tồn của cơng trình. Hình dạng tháp phụ thuộc vào một số yêu tố
chính sau:

- Khẩu độ nhịp và chiều rộng mặt cất ngang cầu.
- Sơ đồ bố trí dây ( một hay nhiều mặt phẳng dây) và cách neo dây.
- Khả năng chịu lực và độ ổn định động của hệ dầm, dây và tháp.

- Tính đơn giản cho thị công.
Xét trên quan điểm kinh tế kỹ thuật , kiến nghị sử dụng tháp hình Y ngược.
Đây là dạng kết hợp của các dạng tháp khác. Dạng này khai thác các ưu điểm của
các dạng khác như: thi cơng khơng khó, cấu tạo các điểm neo cáp trên đỉnh tháp

đơn giản, phù hợp với sơ đồ bố trí móng cọc, kết cấu có độ cứng lớn.

1.2.3. Sơ đồ bố trí cáp:
Hiện này sơ đồ hình rẽ quạt hầu như là phương án được dùng nhiều nhất
cho các cầu nhịp lớn, khoang nhỏ và nhiều đây. Với những phân tích trên,
phương án bố trí dây hình rẽ quạt cho cầu treo dây văng ở Cămpuchia là thích


hợp nhất. Đây là sơ đồ trung gian giữa sơ đồ đồng qui và song song, trong đó
từng cặp dây được bố trí trên phạm vi đỉnh tháp với khoảng cách nhỏ nhất đủ
đảm bảo bố trí neo. Cách này vừa tranh thủ được góc nghiêng lớn hơn cho các
dây trung gian và tránh tối đa tháp cầu bị uốn ngang.
Sơ đồ dây đồng qui

Day song song

Day ré quat

As. A.

1.24. Liên kết tháp cầu:

Tuỳ theo hình dạng kiến trúc, dự kiến kết cấu, công nghệ thi công và chiều

cao, tháp cầu có thể liên kết với nền móng, trụ cầu hoặc đầm chủ theo các đạng
dưới đây, nhưng kiến nghị dùng tháp ngàm trực tiếp vào trụ ( hành b ) cho cầu

AS AS AS AS AS
`

treo dây văng ở Cămpuchia.

i

LÍ

H

H

H

ll

i

1.2.5. Hình dạng mặt cắt ngang:
Dựa trên yếu tố kinh tế và khả năng thi công trong điều kiện ở Campuchia,

phương án mật cắt hình hộp kín bằng bêtơng cốt thép là phù hợp nhất. Mặt cất
này gồm một hộp kín bêtơng cốt thép, có hai vách thẳng và hai vách xiên. Cáp
đây văng được neo ở mép ngoài dầm. Dạng mặt cắt này có độ cứng chống xoắn
và uốn tốt, rất ổn định về mặt khí động. Nhược điểm chủ yếu là thi cơng khó

10

khan, nhưng mặt cắt này phù hợp đối với các cầu thi công theo phương pháp lắp
hãng từng khoang đúc sẵn.
M
tF

3.605
1.000
1

|

1000

zi

i

24,000

3.506

82

S

B.S
s

Š

3.995
1006
J

500

ZN,

|

6.000

Soe
-

=L

1e.000

6.000-

1.2.6. Kết cấu móng trụ tháp:
Căn cứ vào kết quả khoan địa chất của một số chiếc cầu qua sông Mêkong
ở thượng lưu (cầu Tônlêebất thuộc tỉnh Kampongcham, Cămpuchia), ở hạ lưu (cầu
Mỹ Thuận, Cần Thơ thuộc đồng bằng sông cửu long, Việt Nam), và qui mô của
kết cấu trụ tháp, các phương án móng cho kết cấu trụ tháp gồm:

Cọc khoan nhồi có ống vách

50000

TS.

Ị

_15000 ¡

fr

Giếng chìm

Kiến nghị dùng phương án móng cọc khoan nhồi có ống vách đường kính
2m cho trụ tháp cầu treo dây văng ở Cämpuchia do những ưu điểm sau đây: Phù
hợp với điều kiện địa chất khu vực cầu, phù hợp với năng lực thi cơng của các

nhà thầu, chi phí xây dựng thấp và thời gian thi cơng nhanh.
2. Tình hình phát triển cầu treo đây văng:
2.1. Tình hình phát triển của cầu treo dây văng:
Tuy mới phát triển trong vòng hơn 40 năm nhưng trên thế giới đã xuất hiện

nhiều cầu đặc biệt lớn, kết cấu rất đa dạng.


II

- Năm 1956 cầu treo dây văng đầu tiên ở Thuy Điển là cầu Stromsund có
nhịp 74,7+182+74,7, trụ tháp dạng chữ mòn, dây vãng song song.

- Năm 1957 ở Dusseldorf (Đức) cầu Theodor Heurs có nhịp 108+260+108,

trụ thấp bằng thép cao 4lm gồm hai cột độc lập khơng có liên kết ngang, dây
văng song song bố trí cách nhau 36m, dầm thép cao 3,12m.
- Năm

1959 ở Cologne (Ðức) cầu Severvin nhịp 302m tháp có dạng hình

chữ A, dây văng treo toàn bộ kết cấu dầm là hệ thống kết cấu chống chấn động

tốt.
- Năm

1962 ở Venezuela cầu qua hồ Maracaibo

là cầu đầu tiên bảng

bêtông cốt thép. Từ những năm 60 nhờ sử dụng máy tính điện tử để giải những
kết cấu siêu nh nhiều bậc nên đã phát triển cầu treo dây vãng có dầm cứng
bêtơng cốt thép bố trí dây văng tương đối dày.

- Năm

1967 ở Boun (Đức) cầu Friedrich Efert có nhịp 280m là cầu đầu

tiên có một giàn đây, dây bố trí tương đối dày để lực tập trung nhỏ và phân bố
ứng suất tương đối đều, thi công bằng phương pháp hãng.
- Năm

1969 ở Dusseldorf (Đức) cầu Knie nhịp 320m là kết cấu hỗn hợp

nhịp giữa bằng thép nhịp biên bằng bêtông cốt thép.
- Năm 1971 qua sông Rhein (Đức) cầu Kurtschmacher nhịp 287m lần đầu
tiên dùng dây văng bằng 295ø7 bó song song và dùng neo HiAm là loại neo có

năng lực chống mỏi rất cao, dùng tháp hình chữ A, nhịp biên bằng bêtơng cốt
thép và có bố trí trụ đỡ. Ý tưởng này của nước Đức đã trở thành cơ sở cho sự phát
triển sau này của nhiều cầu lớn như cầu Normandie, cầu Tatara và ở Việt nưm
trong tương lai là cầu Cần Thơ.
- Năm

1977 ở Brotonne (Pháp) cầu qua sông Seine có nhịp 320m là cầu

bêtơng cốt thép có một giàn dây ở giữa.


12

- Năm

1978 ở Mỹ xây đựng cầu P-K có nhịp 299m, hai mật phẳng dây bố

trí dày, dầm bằng bêtơng cốt thép đúc sẵn. Hai cầu nói trên là những cầu dây

văng có dầm bằng bêtơng cốt thép ứng suất trước mở ra một thời kỳ phát triển
mới có ảnh hưởng đến việc xây dựng cầu dây văng ở nhiều nước như ở Trưng
Quốc năm 1980 xây cầu qua sông Hồng Thuỷ cho đường sắt với nhịp 96m, năm
1982 ở Thượng Hải xây dựng cầu dài 200m bằng bêtông lấp ghép hay cầu qua
sơng Hồng Hà ở Tế Nam có nhịp 220m bằng bêtông cốt thép đúc hãng.
- Năm

1984 ở Tây Ban Nha xây dựng cầu Luna có nhịp 440m với hai giàn

dây bằng bêtông cốt thép.
- Năm

1986 ở Canada xây dựng cầu Annacis nhịp 465m có dầm thép

bêtơng liên hợp, nhưng qua cầu này thấy dầm thép bêtông liên hợp đã xuất hiện
rất nhiều vết nứt.
- Năm

1988 ở Trung Khánh (Trung Quốc) đã xây dựng cầu Thạch Môn

Với mội trụ tháp và hai nhịp 230+200m với một giàn dây di giữa. Xây dựng cầu
này cũng là bước chuẩn bị tiếp theo sẽ xây dựng cầu thứ hai với nhịp giữa 460m

bằng bêtơng cốt thép. Cịn ở Mỹ đã xây dựng cầu Dame Point nhịp 396m có dầm
bêtơng cốt thép tiết điện chữ II.
- Năm 1991 ở Thượng Hải (Trung Quốc) xây cầu Nam Phố bắc qua sơng
Hồng Phố có nhịp 423m bằng đầm thép bêtông liên hợp. Cũng trong năm 1991

ở Nauy đã xây dựng cầu Skamsunder với nhịp 530m bằng bê tông cốt thép là cầu
treo dây vãng bằng bêtông cốt thép nhịp lớn nhất hiện nay.

- Năm

1993 cũng ở Thượng Hải (Trưng Quốc) xây dựng cầu Dương Phố

với nhịp 602m bằng dầm thép bêtơng liên hợp có tiết diện đầm chủ hình hộp dầm

ngang hình I, bản mặt cầu bêtông cốt thép dày 26 đến 40cm. Cầu này đã là kỷ lục
thế giới từ 1993 đến 1997, sau đó cầu Normandie (Pháp) với nhịp 856m đã vượt


13

kỷ lục nhịp đến 1999 cầu Tatara (Nhật Bản) với nhịp 890m lại vượt kỷ lục của

cfu Normandie.
Ở Việt Nam câu treo dây văng đã được nghiên cứu xây đựng từ thời chống
Mỹ- cầu Đakrông, nhưng sự phát triển thật sự mới được vài năm. Đặc biệt là hầu
hết các cầu đã được xây dựng đều do người Việt Nam thiết kế và thi công: cầu
Sông Hàn, cầu Rạch Miễu, cầu Đakrơng và nhiều cầu nơng thơn khác. Ngồi ra
các cầu đã, đang và sắp triển khai xây dựng do tư vấn nước ngồi chủ trì thiết kế
là các cầu: Mỹ Thuận, Kiền, Cần Thơ, Bính và Bãi Cháy. Qua đó có thể thấy tính
đa dạng và xu hướng phát triển của các cầu treo dây văng ở Việt Nam.
- Cầu Mỹ Thuận là cầu có thơng tầu quốc tế trên sông Mêkông nên chiều
cao thông tầu là điều gây tranh cãi suất quá trình nghiên cứu thiết kế và cuối
cùng Chính phủ Việt Nam

đã quyết định lấy 37.5m theo yêu cầu của phía

Cămpuchia, đồng thời cũng thoả mãn được tương lai thông tầu 10 000 DWT trên
sông Tiền với nhịp chính 340m.
- Cầu Cần Thơ là chiếc cầu dài nhất Việt Nam hiện nay có chiều đài nhịp
chính 550m với kết cầu lai (hybrid) và tĩnh không thông tầu là 39m đảm bảo cho
các tầu 15 000 DWT có thể qua lại được.

- Cầu Bãi Cháy sẽ là một ký lục Thế giới với kết cấu nhịp bêtông cốt thép
ứng suất trước 435m một mặt phẳng dây với tĩnh khơng thơng tầu 50m có thể

thoả mãn tất cả các cỡ tầu dầu và tầu hàng qua lại, nhưng đối với tầu bách hố/
containơ khơng tải thì phải hạn chế ở mức 20 000 DWT. Với nhỡng đặc thủ như

các thang máy lên xuống cầu thì có thể nói cầu Bãi Cháy sẽ là một mốc son mới
vào đầu thế kỷ 21 cả về công nghệ và mỹ quan cầu ở Việt Nam, đặc biệt chiếc
cầu nằm ngay tại khu du lịch Vịnh Hạ Long đồng thời là cảnh quan thiên nhiên

Thế giới được UNESCO công nhận.


14

Tuy nhiên ở Vương quốc Cămpuchia cho tới nay vẫn chưa có chiếc cầu
treo dây văng hoặc cầu treo dây võng nào và bây giờ mới bắt đầu đi vào nghiên
cứu ứng dụng loại cầu này.
So dé

cdu
CABLE

Son

PNAS

MY
STAYEO

thudn
SPANS

(340m)

660m

xem

-

PANY

ma.

77TANN

Hình 4. Một số sơ đồ cầu dây văng đã và sẽ xây dựng tại Việt Nam
2.2. Phương hướng phát triển:
Trong nửa cuối thế kỷ 20 cầu treo dây văng được phát triển rất nhanh và
càng ngày càng được quan tâm nhiều vì loại kết cấu này có thể vượt nhịp rất lớn,
theo dự đốn thì những nhịp đến 1500 ~ 1600m sẽ là hiện thực trong những nãm
tới, loại kết cấu này có sơ đồ kiến trúc đẹp phù hợp với yêu cầu của xã hội phát
triển, Vì vậy ngồi việc nghiên cứu cầu nhịp lớn qua các sơng lớn cũng có thể
nghiên cứu nhịp nhỏ và vưà, đặc biệt là các cầu qua kênh rạch trong đơ thị.
Trong nghiên cứu có thể sẽ phát triển theo các hướng như sau:
(1) Về hệ dâm mặt cầu:
- Hé dim mat cau bằng bêtông cốt thép tiết diện hình hộp, tiết điện sườn sẽ

là kết cấu được sử dụng nhiều.


15

- Hệ dầm mặt cầu bằng thép bêtông liên hợp sử dụng cho những cầu có
nhịp dài được phát triển mạnh từ 1980 lại đây do Leouhard đề nghị vì dùng mặt

cầu bêtông cốt thép chịu hoạt tải tránh dùng bản trực hướng phức tạp, đầm thép
được thi công lắp hãng trọng lượng nhẹ.
- Hệ đầm hỗn hợp được dùng đầu tiên ở cầu Knie ( Đức ) nãm1969, có
nhịp giữa 320m bằng thép, hai nhịp biên bằng bêtông cốt thép, đến nay đã xây
dựng nhiều cầu nhịp lớn với loại kết cấu này. Bộ phận nhịp thép dùng tiết diện
hình hộp có bản trực hướng.

(2) Về trụ tháp: Trước kia chủ yếu làm bằng thép về sau phát triển dùng
bêtông cốt thép với dạng chữ Y ngược hay dạng khung có khả năng chịu lực
ngang và chống dao động tốt, thi công trụ tháp cao sử dụng ván khuôn trượt. Tại
vị trí neo cáp tốt nhất là dùng tiết diện hộp rỗng để neo cáp vào một vách.

(3) Về đây văng: Trước đây dùng các bó cáp nhưng ngày nay sử dụng chủ
yếu là các tao tạo thành bó. Cường độ cáp có thể đạt tới 1,9 GPa. Cáp được bọc
bảo vệ.
(4) Về mặt bố trí sơ đồ:
- Hai giàn dây song song

- Hai giàn dây chụm: hiện được sử dụng nhiều
- Một giàn dây

Dây vãng có thể bố trí theo sở đồ hình rẽ quạt. Trước đây có trường hợp bố
tri chum (đồng qui) lên đỉnh tháp với số lượng cáp ít hay bố trí cáp song song với
chiều cao tháp lớn.
Sơ đồ kết cấu: Trụ tháp liên kết cứng với móng ( trụ ) dầm được kê lên
dầm ngang của trụ tháp hoặc trụ, tháp, dầm liên kết cứng hoặc dầm treo vào trụ

tháp, ngày nay sử dụng kết cấu treo nhiều hơn.


16

(5) Về lý luận tính tốn:
Trước dây dây nhịp ngắn bố trí hai giàn dây nên việc tính tốn dùng bài

tốn phẳng, thậm chí đây được coi là thanh thẳng chịu kéo. Ngày nay chiều dài
nhịp ngày càng lớn, trọng lượng dây văng lớn nên trong một số trường hợp phải
sử dụng thêm dây hỗ trợ, khi tính tốn tải trọng cố định phải xét ảnh hưởng trọng
lượng dây- dùng mơđun đàn hồi có hiệu.
Đối với cầu treo dây vãng nhịp lớn chịu tác động của gió và động đất
tương đối nghiêm trọng nên việc tính tốn phải xét tác động ngang nên phải sử
dụng các chương trình tính tốn mới xét bài tốn khơng gian ( 3D ). Trong những

trường hợp kết cấu móng mố trụ lớn thì phải xét khả năng kết cấu cùng làm việc
với đất nền sẽ đưa lại hiệu quả kinh tế cao hơn và độ an tồn của cơng trình sẽ tốt

hơn, vì vậy trong thiết kế phải nghiên cứu kỹ bài tốn móng chịu tác dụng của
lực ngang.

3. Tính tốn cầu treo đây văng:
3.1. Khái niệm về tính tốn cầu treo dây văng:
Kết cấu treo đây văng là một hệ không gian phức tạp. Ví dụ dầm chủ là
một đầm liên tục nhiều nhịp có nhiều dầm ngang, nhiều dây vãng nên là một hệ
siêu tĩnh rất nhiều bậc. Khi chịu tải ngoài các tải trọng cố định, hoạt tải mà sự
phân phối khá phức tạp vì khi chịu tải trọng lệch tâm thì độ võng hai phía khác
nhau sẽ gây ra xoắn, các dây văng có thể coi là những gối đàn hồi nhưng bản

thân các dây khi chịu tải là một kết cấu phi tuyến. Cầu treo dây văng chịu tác
động của gió tuỳ so với cầu treo dây võng tương đối cứng nhưng ảnh hưởng

không phải là nhỏ việc bỏ qua nhiều khi sẽ dẫn đến sai lầm. Cũng như vậy ảnh
hưởng động đất cũng phải xét kỹ về mặt ổn định. Trong kết cấu dây văng bằng bê
tông cốt thép hay thép bê tông liên hợp ảnh hưởng của từ biên và co ngót của bê


17

tông sẽ gây ra nội lực thứ cấp mà việc tính tốn chính xác sẽ gặp rất nhiều khó

khăn. Vì vậy trong tính tốn hiện nay vẫn phải đơn giản hố các bài tốn và trong
q trình thi cơng và khai thác cần được theo đõi để nếu cần có thể điều chỉnh.
3.2. Nội dụng tính tốn cầu treo đây văng:
Nội dung tính tốn cầu treo dây văng bao gém các vấn đề sau:
1)- Tính tốn nội lực và độ võng do các loại tải trọng. Do tính chất phức

tạp của kết cấu nên hiện nay các nước phần lớn vẫn sử dụng bài toán phẳng và
xét sự phân phối ngang của tải trọng theo các phương pháp phân phối tải trọng

theo sơ đồ phẳng. Trong khi nghiên cứu bài tốn phẳng thì hệ dây khơng thể xét
là tuyến tính nên đã đưa vào môdun đàn hồi tương đương theo công thức H.J.

Emst để xét ảnh hưởng phi tuyến của dây. Trên cơ sở đó có thể tiến hành tính

tốn theo các phương pháp phẳng.
2)- Tính tốn ảnh hưởng của khí động- có thể sử dụng cơng thức của Kklopel để xác định tốc độ gió giới hạn theo sơ đồ kết cấu. Nếu tốc độ gió giới hạn
này lớn hơn nhiều so với tốc độ gió lớn nhất tại khu vực xây dựng thì có thể
khơng cần tiến hành thí nghiệm khí động. Nếu tốc độ gió giới hạn khơng lớn hơn

nhiều thì phải tiến hành thí nghiệm khí động để điều chỉnh lại việc bố trí cấu tạo
của kết cấu cho phù hợp. Nói chung những cơng trình lớn thường phải thí nghiệm
khí động để chọn được cách bố trí cấu tạo an tồn.
3)- Tính tốn ảnh hưởng động đất- khi có động đất, đất nền dưới móng sẽ
chịu các chuyển vị, kéo theo các chuyển vị của móng và trong cơng trình sẽ xuất

hiện các phản ứng động, tức là các chuyển vị, gia tốc, vận tốc, làm thay đổi trạng
thái nội lực và biến dạng trong hệ. Việc tính tốn cơng trình chịu động đất cho

đến nay vẫn được thực hiện theo hai phương pháp: phương pháp tĩnh và phương
pháp động.

SQ

à

HTS 118

(tụ


18

4)- Tính tốn ảnh hưởng của từ biến và co ngót của bê tơng- theo thời gian
từ biến và co ngót của bê tơng gây ra những biến dạng và từ đó sẽ làm thay đổi
trạng thái ứng suất và biến dạng đồng thời sẽ gây ra nội lực thứ cấp trong kết cấu.
Việc tính tốn rất phức tạp và hiện có rất nhiều phương

pháp tính cần được

nghiên cứu kỹ.

5)- Tính tốn ổn định- khi tính tốn phải xét ổn định của từng bộ phận kết

cấu và ổn định tổng thể. Nếu kết quả tính tốn khơng phù hợp phải tăng tiết diện
và điều chỉnh lại kết cấu.
6)- Kiểm tra mỏi- đặc biệt phải quan tâm hiện tượng mỏi trong dây vãng vì

nội lực trong đây ln thay đổi và chịu ảnh hưởng của các yếu tố ngoại lai có thể
làm dây dao động.
7)- Tính tốn nội lực và ổn định trong q trình thi cơng
8)- Tính tốn điều chỉnh nội lực trong dây văng
Trong chuyên đề này không thể trình bày đầy đủ các vấn đề chỉ bước đầu
trình bày một số vấn đề làm cơ sở cho việc tính tốn để phục vụ cho việc thiết kế

sơ bộ. Trong thiết kế kỹ thuật sẽ dựa vào những cơ sở lý luận và kích thước đã
xác định rồi sử dụng những chương trình đặc chủng để thiết kế.
Mặc

dù có rất nhiều nội dung để tính tốn thiết kế cầu treo dây văng

nhưng cho tới nay vẫn chưa đề cập đến sự làm việc đồng thời của kết cấu và đất

nén, do vay trong chuyên đề tiếp theo sẽ đi tính tốn cụ thể về vấn đề này.
3.3. Xác định kích thước cơ bản:
Cầu treo dây văng là kết cấu siêu tĩnh nhiều bậc gồm các bộ phận như dầm
chủ, dây vãng, trụ tháp bằng các vật liệu và cấu tạo khác nhau nên mối quan hệ
giữa các bộ phận này về vật liệu, kích thước và cấu tạo có ảnh hưởng đến trạng
thái nội lực và độ võng.

19

1).Về dâm chủ: là đầm liên tục hay dầm đơn giản có các gối cứng và gối

đàn hồi tuỳ theo cơng nghệ thi cơng thì sơ đồ làm việc của kết cấu sẽ rất khác
nhau nên sơ đồ tính tốn nội lực do trọng lượng bản thân cũng sẽ khác nhau. Khi

thiết kế có thể giả định rằng sau khi thi cơng xong dầm chủ thì các gối coi là
khơng đàn hồi nhưng sau khi lắp các bộ phận trên mặt cầu ( tính tải 2 ) và khi
khai thác hoạt tải thì dây vãng có biến dạng, nội lực trong trụ tháp sẽ thay đối

nên các điểm treo phải coi là gối đàn hồi và do đó độ cứng của dầm sẽ giảm nên
mômen uốn trong dầm cũng sẽ giảm, nhưng rõ ràng khi độ cứng của dầm giảm
thì biến dạng của dây và trụ tháp sẽ gây ra mơmen uốn trong dầm khơng lớn lắm.
Khi thay đối kích thước của dầm chủ thì nội lực trong dầm chủ sẽ thay đổi
nhưng sự thay đổi mơmen qn tính của dầm chủ không ảnh hưởng quá lớn đến
ứng suất kéo, ứng suất uốn nén trong dầm và trụ tháp không lớn lắm. Độ cứng
dầm chủ cũng không ảnh hưởng nhiều đến

độ võng tại các điểm nco dây chỉ

những điểm gần trụ tháp có ảnh hưởng lớn hơn một ít, vì vậy có thể nói độ cứng
của đầm ảnh hưởng khơng nhiều đến độ võng của kết cấu. Như vậy việc xác định
kích thước của dầm chủ phụ thuộc chủ yếu là mômen trong các đốt dầm, độ cứng
chống xoắn và cấu tạo có nghĩa là kích thước chiều cao dầm sẽ do cự ly các dây

quyết định và có thể lấy chiều cao dầm chủ bằng (1/40 ~ 1/50) chiều dài nhịp khi
bố trí giây văng thưa và (1/100 ~ 1/150) chiều dài nhịp khi bố trí giây tương đối

dày, cự ly đây khoảng (1/15 ~ 1/18) chiều dài nhịp . Cũng cần quan tâm đến vấn
để ổn định ngang của kết cấu khi chịu ảnh hưởng gió. Quan hệ giữa chiều rộng
cầu B với chiều cao dầm h có thể lấy (B/h) = 8 và nhỏ nhất không nhỏ hơn 6.
2).Về dây văng:
- Góc xiên của dây vãng ảnh hưởng đến nội lực trong dây, khi góc xiên
giữa dầm và dây lớn thì nội lực trong dây sẽ nhỏ và từ đó có thể giảm kích thước


20

tháp nhưng phải tăng chiều cao tháp. Khi thiết kế phải nghiên cứu góc xiên hợp
lý nhất, góc xiên tối ưu là 45° và thơng thường

lấy góc nghiêng từ 25°đến 65°.

- Cự ly dây: Khi xác định cự ly đây phải xét khả năng chịu lực của dây,

đầm và khả năng thi cơng. Nếu bố trí ít dây thì việc điều chính dé nhưng lực
trong dây lớn, hệ thống neo phức tạp và chiều cao đầm sẽ lớn, còn bố trí nhiều
dây thì cấu tạo neo đơn giản, có thể giảm chiều cao dầm, thi công dễ dàng. Tuy
nhiên chiều cao dầm do yêu cầu cấu tạo cũng không thể bố trí quá nhỏ nên để tận
lực sử dụng khả năng dầm thì cự ly dây phải bố trí hợp lý. Khi thiết kế cầu chú ý
chỗ liên kết dây vào đầm sẽ có lực tác dụng cục bộ nên phải có lượng cốt thép

thoả dáng, nếu bố trí dây quá dày thì lượng thép này sẽ rất lớn.
3).Về trụ tháp: Chiều cao trụ tháp chịu ảnh hưởng của chiều dài và số đốt
đồng thời chịu ảnh hưởng của chiều dài đốt giữa. Đốt giữa chịu mômen dương
nên chiều dài thường lấy lớn hơn các đốt khác khoảng 20~30%, thông thường lấy

chiều cao

= ( 1/4,5 ~ 1/6 ) chiều đài.

4. Nguyên lý thiết kế cầu treo đây văng:
4.1. Khái niệm cơ bản:
Trong cầu treo đây văng hệ dầm mặt cầu có thể coi như một cầu đầm liên
tục kê trên các gối dàn hồi là các dây văng và trên một số gối cứng là các mố trụ.

Các dây vãng tập trung ở đỉnh tháp, vì dây bố trí xiên nên sẽ gây ra lực nén trong
dầm và lực nén trong trụ tháp. Dưới tác dụng của tải trọng dây văng chịu lực kéo,
đầm sẽ chịu nén và uốn, trụ tháp cũng chịu nén và uốn. Do có thể điều chỉnh nội

lực trong dây khi thi cơng nên có thể điều chỉnh để khi kết cấu chịu tai trọng cố
định thì trong dầm và trụ tháp có mơmen nhỏ nhất và thậm chí có thể bỏ qua
được. Khi thiết kế phải xác định được công nghệ thi công để nghiên cứu giảm
nhỏ tối đa mômen uốn trong đầm và trong trụ tháp , sau đó dùng những chương


21

trình chun dụng để tính tốn kết cấu chịu các hoạt tải. Để tính tóan phải xác
định được sơ đồ kết cấu tổng thể, xác định những kích thước và cấu tạo cơ bản.
Cầu treo dây văng là một kết cấu liên hợp, siêu tĩnh nhiều bậc chịu ảnh hưởng
của rất nhiều nhân tố nên việc tính tốn và kiểm tra tại hiện trường phải tiến hành

song song.

4.2. Bố trí tổng thể:
Cầu treo dây văng tuỳ theo địa hình có thể bố trí một nhịp, hai nhịp và ba

nhịp. Khi bố trí hai nhịp cầu có một trụ tháp ở giữa, hai nhịp có thể bằng nhau
hoặc khơng bằng nhau. Khi hai nhịp bằng nhau thì số lượng dây văng và cách bố
trí hồn tồn đối xứng, dưới tác dụng của tải trọng cố định mômen trong trụ thấp

không đáng kể, kết cấu tự cân bằng. Khi hai nhịp khác nhau thì ở nhịp ngắn một

số dây phải bố trí ra đuôi dầm để cân bằng.
Thông thường cầu treo dây văng bố trí ba nhịp. Nếu khơng có u cầu gì
đặc biệt thì có thể xác định tỷ số nhịp biên và nhịp giữa một cách hợp lý để đảm

bảo có lợi nhất về sử dụng dây văng, đồng thời cũng phải xác định chiều cao trụ
tháp một cách hợp lý. Thơng thường có thé lay ( A/l = 0,25 ) và ( lựl = 04 ),

trong đó: h- chiêu cao trụ tháp; l- chiêu dài nhịp biên; l- chiều dài nhịp giữa.
Khi bố trí ba nhịp liên kết giữa dầm và trụ tháp có thể là kê gối bình thường, như
vậy sơ đồ kết cấu dầm là đầm liên tục kê trên các gối cứng ( ở mố và trụ ) và các
gối đàn hồi. Có thể bố trí tháp và dầm là khung cứng cả hệ kê trên trụ qua các
gối, hoặc bố trí tháp, dầm, trụ là liên kết cứng. Trong những năm gần đây tại vị
trí trụ tháp ở nhiều cầu đã bố trí dây treo dầm lên trụ tháp mà khơng bố trí gối kê.
4.3. Tải trọng thiết kế:
- Tĩnh tải (D)- căn cứu theo sơ đồ để tính cụ thể, trong thiết kế sơ bộ có thể
tham khảo các số liệu của các cầu đã xây dựng.


22

- Hoạt tải (L)- lấy theo quy định của quy trình hoặc theo tiêu chuẩn thiết
kế đã được chủ đầu tư chấp nhận.
- Tải trọng xung kích (7)- tính theo hệ số xung kích: / = 10/(25+L)

L- chiều dài đặt tải trên đường ảnh hưởng. Khi thiết kế trụ tháp có thể khơng xét
hệ số xung kích.
- Lực căng trước (P$)- gồm 2 bộ phận:
a)- Lực căng trước trong đầm và trụ tháp: Kết cấu siêu tĩnh nhiều bậc nên khi
trên dầm hoặc trụ tháp có tác động lực căng trước sẽ ảnh hưởng đến toàn hệ (ảnh

hưởng thứ cấp do lực căng trước).
b)- Lực điều chính trong đây văng:
+ Khi có sự điều chỉnh lực trong dây vãng thì có thể coi lực căng này là tải

trọng tác dụng lên tồn hệ và lúc đó coi tiết điện dây đang điều chỉnh bằng
không.

+ Xét đến mất mát do neo bị trượt và lực ma sát của dây với ống bọc.
- Ảnh hưởng của từ biến (CR) và co ngót (S)- gây ra nội lực thứ cấp và
chuyển vị của kết cấu. Hệ số từ biến và biến dạng co ngót lấy theo quy trình.

- Ảnh hưởng nhiệt độ (7)
+ Sự chênh lệch nhiệt độ giữa dây và dầm:

+15°c

+ Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phía của trụ tháp:

+5”c

+ Sự chênh lêch nhiệt độ giữa mặt trên và dưới của dầm: +5 °~ +10°c
+ Độ co giãn do nhiệt của vật liệu:

10.10°

+ Độ co gian do nhiét dé cha day vang:

12.10

+ Biến đổi nhiệt độ tổng thể (trong môi trường)
- Tải trọng gió (W)- lấy theo số liệu khảo sát hoặc theo quy trình.
- Tải trọng động đất (EO)- lấy theo quy phạm động đất


23

- Ảnh hưởng cia géi (SD)- chuyển dịch, xoay, lún
- Tải trọng khi thi công (EK)

- Ảnh hưởng của sai số khi thi công (E)- cần đặc biệt quan tâm sai số vị trí
của đỉnh tháp có thể lấy 1%o chiều cao tháp và đặt tải trọng bất lợi nhất.
- Lực va tàu thuyền (CO)- lấy theo quy định của quy trình hoặc theo yêu
cầu của cơ quan quản lý vận tải sông hay biển.

Bảng 1: Tổ hợp và hệ xố nâng cao ứng suất cho phép:
1

|D+L+PS+(CR+SH)

1.00

2

|Đ+T

1.15

3

|®+W()

1.20

4

|®+T+W(q)

1.35

5

J@+CO

1.50

6

|D+PS+(CR+SH )+EQ

1.50

7

|D+PS+(CR+SH)+EQ+T+SD+E

1.65

8

|D+PS+(CR+SH)+W

1.20

9

|ER+(CR+SH)

1.25

10

|O+SD+E

1.15

11

|O+T+W(L)+SD+E

1.50

"

Chú thích:

- Ký hiệu ( )- tải trọng biến đổi theo thời gian. Ví đụ: W(L) chỉ tải trọng

gió khi có hoạt tải.
- Tất cả các tiết diện đều phải duyệt theo L1 tổ hợp trong bảng và tương
ứng trị số ứng suất cho phép được nâng cao theo các hệ số trong (bảng T.1).


24

4.4. Trình tự thiết kế:
a)- Cơng tác chuẩn bị- cũng như thiết kế các loại cầu khác, khi thiết kế cầu
treo đây văng phải tiến hành điều tra khảo sát kỹ vị trí cầu, tình hình dịng chảy,
tình hình tự nhiên như thuỷ văn, địa chất, khí tượng, gió bão, động đất, khả nang

ổn định của lịng sơng. Điều tra tình hình giao thơng đường thuỷ, đường bộ,
đường sắt để quyết định khổ thông thuyền, khổ thông xe, tải trọng thiết kế độ dốc
đọc, ngang, điều tra về vật liệu, khả năng thi công v.v..
b)- Trên cơ sở tài liệu điều tra khảo sát nghiên cứu các phương án bố trí

tổng thể, chiều dài nhịp, chiều cao trụ tháp, phương thức bố trí dây vãng, phương
thức bố trí mố trụ gối cầu, phương thức bố trí mặt cắt ngang cầu.
c)- Thiết lập các phương án tính tốn sơ bộ để so sánh phương án, tiến
hành phân tích kinh tế để chọn phương án hợp lý nhất.

đ)- Nghiên cứu giải pháp thị công, lập tiến độ sơ bộ
e)- Tiến hành thiết kế chi tiết, đầm, dây văng, trụ tháp, trụ chính, trụ phụ,

mố, cấu tạo liên kết. Khi thiết kế phải xây dựng phương pháp tính nội lực, chuyển
vị, các yếu tố thứ cáp, trong các bộ phận kết cấu cho các giai doạn làm việc đặc
biệt nghiên cứu tác dụng động, khí động, ảnh hưởng động đất, đối với cầu lớn

phải tiến hành thí nghiệm.
ø)- Thiết kế cơng nghệ ngồi những nội dung như các loại cầu khác trong
cầu treo dây văng cần đặc biệt quan tâm bảo đảm ổn định khi thi cơng, nghiên
cứu và tính tốn cơng nghệ căng dây, điều chỉnh nội lực, phương pháp theo dõi

kiểm tra trong q trình lắp và căng dây để có thể điều chỉnh kịp thời.
5. Tinh kinh tế của cầu treo đây văng:
Sự ra đời và phát triển cầu treo dây vãng trên thế giới đã thu hút được lòng
say mê, sáng tạo của các nhà khoa học và đã đạt được các thành tựu rất đáng tự

hào. Bên cạnh đó, cầu treo dây vãng cũng được các nhà kinh tế quan tâm nhằm