LUẬN ÁN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU CẦU DÂY VĂNG SƠ ĐỒ HAI NHỊP
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (637.66 KB, 97 trang )
Tr"ờng đại học giao thông vận tải
!"#$%&"$'("$)&$*+,$ /01$2#3$%(,$!45$
*********
613780$93:0$;3#01$$
Phân tích
sự làm việc của kết cấu
cầu dây văng sơ đồ hai nhịp
Chuyên ngành : Xây dựng công trình giao thông
luận án thạc sỹ kỹ thuật
$$$
$$$
Hà nội 2005
Tr"ờng đại học giao thông vận tải
!"#$%&"$'("$)&$*+,$ /01$2#3$%(,$!45$
*********
613780$93:0$;3#01$$
Phân tích
sự làm việc của kết cấu
cầu dây văng sơ đồ hai nhịp
Chuyên ngành : Xây dựng công trình giao thông
luận án thạc sỹ kỹ thuật
$!.<01$-=0$>!"#$!45$$?$@ABCDB$613780$D!E$F,0!$61!G#$
$$$
Hà nội 2005
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 1
!"#$!"#
FL5$ML5$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$N
@!O0$PQ$%O3$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$R
S!.T01$N?$0!U01$)V0$%W$5!301$)W$5O3$-:7$)X01$!#,$0!EY$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Z
NCNC D[01$\3#0$)W$>]'$5V3$5O3$-:7$)X01$!#,$0!EY$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Z
NCNCNC Đặc điểm chịu lực :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Z
1.1.2. Các sơ đồ dây văng hai nhịp :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$^
a. Sơ đồ hai nhịp đối xứng:$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$_
b. Sơ đồ hai nhịp không đối xứng:$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$_
NC`C SV3$'("$5J5$*a$Y!I0$5O3$-:7$)X01$JY$-L01$5!"$5O3$-:7$)X01$!#,$0!EY$CCC$Nb
1.2.1. Phân bố dây và mặt phẳng dây :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Nb
a. Sơ đồ dây đồng quy : (Hình 8)$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Nb
b. Sơ đồ dây song song : (Hình 9)$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$NN
c. Sơ đồ dây hình rẽ quạt : (Hình 10)$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$NN
d. Các sơ đồ dây liên hợp : (Hình 11)$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$N`
1.2.2. Cấu tạo dầm chủ và hệ mặt cầu :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$NR
a. Dầm chủ đơn năng :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$NR
b. Dầm chủ đa năng :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Nc
1.2.3. Cấu tạo tháp cầu$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$N^
a. Tháp cầu mềm :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Nd
b. Tháp cầu cứng :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$`b
1.2.4. Cấu tạo cáp và hệ neo :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$`b
Cấu tạo dây văng và neo :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$``
NC`CeC Cấu tạo hệ liên kết :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$`^
a. Liên kết dây văng với dầm chủ :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$`^
b. Liên kết dây văng với tháp cầu :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$`_
c. Cấu tạo gối neo chịu phản lực âm :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$RN
S!.T01$`$?$%f5$%,gP$'!,]'$>]$5O3$-:7$)X01$!#,$0!EY$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$R`
`CNC 'G0!$'h,$)&$%,W3$5!i0!$0a,$Mj5$?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$R`
2.1.1. Tĩnh tải :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$R`
2.1.2. Mục đích của điều chỉnh nội lực:$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$RR
`C`C k"('$'hl$?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$RR
`CRC Y!.T01$Y!JY$01!,m0$5n3$?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$RR
2.3.1. Căn cứ chọn chiều dài khoang dầm và tiết diện dầm :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Rc
2.3.2. Căn cứ chọn chiều cao tháp :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Re
2.3.3. Căn cứ chọn tiết diện dây văng :$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$RZ
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Häc viªn : NguyÔn Xu©n Quang
Líp : Cao häc x©y dùng c«ng tr×nh K8 Trang : 2
S!.T01$R$?$h0!$!.Q01$5o#$Pa'$2p$'!#P$2p$>]'$5V3$%]0$'q(01$'!Jl$n01$23V'$r$
*,]0$-(01$5O3$-:7$)X01$!#,$0!EY$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$R_
RCNC h0!$!.Q01$5o#$HR$s$t"(0$-OP$'u$%,gP$0v"$-:7$'!"h,$0!V'$5o#$0!EY$5!w0!$
%]0$%O3$0!EY$5!w0!$x$?CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$c`
RC`C h0!$!.Q01$'y$Mz$0!EY$?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$e`
RCRC h0!$!.Q01$5o#$5!,W3$-&,$>!"#01$-OP$?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$Z`
RCcC h0!$!.Q01$5o#$%a$5n01$-OP$?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$^`
RCeC h0!$!.Q01$5o#$%a$5n01$'!JY$5O3?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$d`
S!.T01$c?$>]'$M3I0$5!301$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$_`
cCNC 0!I0${|'$)&$>]'$M3I0$?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$_`
cC`C 0!U01$'+0$'(,$5o#$M3I0$J0$)&$!.<01$01!,m0$5n3$',]Y$?$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$_R
D&,$M,z3$'!#P$>!h"$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$_c
@!L$ML5$CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC$_e
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 3
%&'(#)*#+',#
Cầu dây văng (CDV) là dạng công trình cầu có chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật,
mỹ quan tốt. CDV đã và đang đ ợc ứng dụng rộng rãi ở nhiều n ớc trên thế
giới và n ớc ta. CDV có khả năng v ợt nhịp lớn, kết cấu hiện đại, hình dáng
kiến trúc đẹp, có qui mô xây dựng lớn với trình độ công nghệ cao. CDV đ ợc
phát triển, hoàn thiện trên cơ sở hệ dàn dây Gisclard theo h ớng tạo một hệ
bất biến hình gồm các dây văng chịu kéo và dầm cứng chịu uốn.
Từ chiếc cầu đầu tiên, cầu Stromsund đ ợc xây dựng ở Thuỵ Điển năm
1955, cho đến nay đã thống kê đ ợc hơn 600 chiếc CDV lớn và nhỏ với đầy đủ
các thể loại khác nhau đ ợc xây dựng trên thế giới. Có thể nhận thấy rằng
không có loại kết cấu nào đ ợc áp dụng rộng rãi, mạnh mẽ và đạt đ ợc nhiều
thành tựu nh CDV. Những năm cuối thế kỷ 20, các kỷ lục về chiều dài nhịp
CDV liên tục bị phá vỡ, nhiều cây cầu đã trở thành di sản văn hoá, biểu t ợng
kiến trúc, đánh dấu sự phát triển khoa học kỹ thuật của thời đại.
Q Việt Nam cây CDV đ ợc xây dựng đầu tiên vào năm 1976 bắc qua
sông Đak'rông ở Quảng Trị. Trong một thời gian dài chúng ta ch a có điều
kiện xây dựng thêm các công trình dạng này. Vài năm gần đây cùng với sự
chuyển giao công nghệ, kỹ thuật xây dựng cầu tiên tiến từ n ớc ngoài, ở n ớc
ta một số CDV nhịp lớn đã đ ợc xây dựng nh cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long), cầu
Kiền (Hải Phòng), cầu Bính (Hải Phòng), hiện đang xây dựng cầu Rạch Miễu
(Bến Tre), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Cần Thơ (Cần Thơ). Nh ng phần
lớn các công trình trên đều là CDV ba nhịp, CDV hai nhịp còn rất ít.
Trên thực tế, một số tr ờng hợp do điều kiện địa chất, địa hình hoặc do
yếu tố mỹ quan việc áp dụng CDV hai nhịp là hợp lý. CDV hai nhịp có thể có
các nhịp bằng nhau, khi đó tháp cầu bố trí ở giữa, các dây văng bố trí đối xứng
qua tháp cầu. Đối với các nút giao thông đô thị khác mức đòi hỏi yêu cầu mỹ
quan thì việc áp dụng sơ đồ CDV hai nhịp đối xứng là hợp lý. Với địa hình sông
suối có dòng chảy không đối xứng trên mặt cắt ngang, hay tuyến đ ờng ven
sông sát s ờn núi giải pháp hiệu quả hơn cả là xây dựng CDV hai nhịp
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 4
không đối xứng. Một điểm nổi bật của các CDV có sơ đồ hai nhịp không đối
xứng là tạo đ ợc hình dáng kiến trúc độc đáo ấn t ợng nh cầu Rotterdam (Hà
Lan), cầu Bratislava (Tiệp), cầu Candle ( Phần Lan ) (Hình 1).
Hình 1 : Cầu Candle ( Phần Lan )
Nhiều năm nay, CDV là đối t ợng nghiên cứu về lý thuyết và thực hành
của các tr ờng đại học Giao thông vận tải, Xây dựng và các viện nghiên
cứu, các Tổng công ty xây dựng ở n ớc ta, nhằm tiếp cận với công nghệ xây
dựng cầu mới trên thế giới, vì vậy nghiên cứu công nghệ, phân tích về lý thuyết
và khả năng ứng dụng của CDV hai nhịp là cần thiết.
* Tên đề tài đ ợc chọn nh sau : '' Phân tích sự làm việc của kết cấu
CDV sơ đồ hai nhịp ''
* Mục tiêu nghiên cứu:
Trên cơ sở nghiên cứu và phân tích các sơ đồ CDV hai nhịp trong các
tr ờng hợp áp dụng khác nhau để có cơ sở so sánh ảnh h ởng của một số
thông số kết cấu cơ bản đến trạng thái ứng suất - biến dạng trong CDV, và khả
năng áp dụng CDV hai nhịp ở n ớc ta.
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 5
* Ph ơng pháp nghiên cứu:
Khảo sát các bài toán về CDV hai nhịp trong giai đoạn khai thác với các
thông số lần l ợt thay đổi. Trên cơ sở số liệu tính toán với các sơ đồ cầu khác
nhau : phân tích, nhận xét và kết luận
* Nội dung luận án:
Luận án tiến hành nghiên cứu, phân tích về ảnh h ởng tỷ lệ chiều dài
hai nhịp (không đối xứng) đến trạng thái ứng suất - biến dạng của dầm. Tiếp
theo, khảo sát ảnh h ởng của dây neo trong CDV hai nhịp (không đối xứng),
ảnh h ởng của chiều dài khoang dầm đến phân bố nội lực trong CDV và ảnh
h ởng của mômen quán tính dầm chủ đến nội lực CDV. Đồng thời, nghiên cứu
ảnh h ởng của tháp cứng và tháp mềm đến nội lực và biến dạng trong CDV.
Từ đó rút ra những kết luận và kiến nghị có tính thực tiễn.
Luận án có cấu trúc nh sau :
Phần mở đầu
Ch*ơng 1 : NHững vấn đề chung về cầu dây văng hai nhịp
1.1. Tổng quan về kết cấu cầu dây văng hai nhịp
1.2. Cấu tạo các bộ phận cầu dây văng áp dụng cho cầu dây văng hai nhịp
Ch*ơng 2 : Đặc điểm thiết kế cầu dây văng hai nhịp
2.1. Tĩnh tải và điều chỉnh nội lực.
2.2. Hoạt tải.
3.2. PhZơng pháp nghiên cứu.
Ch*ơng 3 : ảnh h*ởng của một số tham số kết cấu đến trạng thái
ứng suất - biến dạng cầu dây văng hai nhịp
3.1. ảnh hZởng của L3.
3.2. ảnh hZởng tỷ lệ nhịp.
3.3. ảnh hZởng của chiều dài khoang dầm.
3.4. ảnh hZởng của độ cứng dầm.
3.5. ảnh hZởng của độ cứng tháp cầu.
Ch*ơng 4 : Kết luận và kiến nghị
tài liệu tham khảo
Phụ lục
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 6
-&./(0#12#(&3(0#45(#+6#"&,(0#46#"',#789#4:(0#&;<#
(&=>#
$
NCNC D[01$\3#0$)W$>]'$5V3$5O3$-:7$)X01$!#,$0!EY$
NCNCNC Đặc điểm chịu lực :$
Các công trình CDV hai nhịp có các nhịp bằng nhau, khi đó tháp cầu bố
trí ở giữa, các dây văng bố trí qua tháp cầu, th ờng gặp vấn đề kỹ thuật rất
phức tạp đó là việc phát sinh các lực "nén" lớn ở các dây neo và các dây văng
lân cận d ới tác dụng của hoạt tải trên một nhịp (Hình 2).
Dây chịu tải nénDây chịu tải nén
Hình 2 : Hoạt tải trên một nhịp
Để khắc phục tình trạng trên ta có thể bỏ đi các dây neo vào trụ. Khi đó
thì các dây văng chủ yếu chỉ chịu tĩnh tải. Nh ng giải pháp này kém hiệu quả
bởi vì khi bỏ dây neo vào trụ sẽ làm giảm đi độ cứng chung của toàn hệ và gây
nên biến dạng lớn ở đỉnh tháp. Trên thực tế khi hệ đối xứng, các dây neo
không chịu kéo d ới tác dụng của tĩnh tải, để tránh dây chịu nén d ới tác dụng
của hoạt tải trên một nhịp, các dây neo cần đ ợc điều chỉnh nội lực để tạo ra
lực căng tr ớc rất lớn trong dây neo đủ để khắc phục lực nén lớn nhất có thể
xảy ra. Biện pháp này gây phức tạp cho công tác điều chỉnh nội lực, rất khó
khống chế những mất mát trong quá trình khai thác đồng thời cũng gây ra
trạng thái nội lực rất khó kiểm soát trong hệ. Mặt khác, có thể khắc phục
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 7
nh ợc điểm trên bằng cách dùng một tháp cầu cứng ở giữa để hạn chế chuyển
vị ngang của tháp (Hình 3).
H
Hình 3 : Cầu dây văng hai nhịp có tháp cứng
Giải pháp khác đơn giản hơn là sử dụng hệ CDV hai nhịp có các nhịp
không bằng nhau, trong đó nhịp chính có số khoang lớn hơn. Tại nhịp nhỏ có
bố trí dây neo vào mố. D ới tác dụng của tĩnh tải, trọng l ợng bản thân của
nhịp lớn gây lực căng tr ớc dự trữ trong dây neo đủ để khắc phục lực nén do
hoạt tải khai thác đứng trên nhịp nhỏ. Tại nhịp chính chỉ bố trí dây văng ở
những vị trí thích hợp để không xuất hiện lực "nén" trong dây. Khi đó độ cứng
của toàn hệ đ ợc đảm bảo nhờ việc khống chế chuyển vị ngang của đỉnh tháp
cầu do sự cân bằng của lực căng tr ớc trong dây neo và tải trọng bản thân của
nhịp chính.
1.1.2. Các sơ đồ dây văng hai nhịp :
Trên thế giới, CDV hai nhịp đ ợc áp dụng nhiều vào những thập kỷ
1960-1970 cho các cầu v ợt qua đ ờng, qua sông không lớn lắm. Các ph ơng
án cầu hai nhịp đ ợc chọn chủ yếu là do điều kiện địa chất, địa hình hoặc do
yếu tố mỹ quan quyết định. Các cầu qua sông Rhin ở Dusseldorft là ví dụ điển
hình. Ngoài ra sơ đồ CDV hai nhịp ở Bratislava (Tiệp) (Hình 4) đ ợc xây dựng
trên một con sông bên lề thành phố, tháp cầu đ ợc bố trí về phía ngoại ô, nơi
có ít công trình xây dựng, để làm đối trọng cân bằng với các khối nhà cao tầng
ở trung tâm. Hơn nữa tháp cầu lại bố trí nghiêng về phía bờ tạo cảm giác khoẻ
mạnh của một ng ời kéo l ới. Trên tháp còn bố trí một quán ăn vừa gây ấn
t ợng, vừa tạo đ ợc một phần đối trọng cho phần tĩnh tải ở nhịp chính.
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 8
Hình 4 : Cầu Bratislava ( Tiệp )
Hình 5 : Cầu Anamillo ( TBN )
Cầu dây văng hai nhịp không chỉ là công trình giao thông đơn thuần mà
còn là nơn thu hút, tập trung trí tuệ của các nhà khoa học, kiến trúc s để tạo
dựng đ ợc các công trình thể hiện bản sắc kiến trúc độc đáo cho t ờng khu
vực. Ví dụ cầu Alamino ( Tây Ban Nha ) (Hình 5) bố trí tháp nghiêng 32
0
tạo
dáng mũi tên đã gây đ ợc ấn t ợng sâu sắc về hình dáng độc đáo.
Q n ớc ta cầu sông Hàn (Đà Nẵng) là CDV 2 nhịp có tháp cầu cứng
quay đ ợc là một biểu t ợng đặc tr ng của Thành phố Đà Nẵng.
Đặc điểm một số CDV hai nhịp ở Việt Nam và Thế giới
Bảng 1.
Tên cầu
Địa điểm
L chính
(m)
L cầu
(m)
chinh
bien
L
L
Vật liệu
dầm
H
oàn
thành
Dakrông Việt Nam 87 151 0.576 Thép 1999
Rào II Việt Nam 120 190 0.632 Liên hợp
BCNCKT
Candle Phần Lan 126 210 0.667 B.tông 1989
Archena TBN 62 101 0.629 B.tông 1998
Van Eyck Pháp 63.5 83.5 0.315 B.tông 1980
Pertuiset Pháp 132 174 0.318 B.tông 1988
Victor Bodson Luxembourg 130 260 1.00 Thép 1993
Orange Pháp 29 58 1.00 Thép 1996
Malpensa Italy 70 140 1.00 Thép 2000
CDV hai nhịp đ ợc xây dựng khá phổ biến trên thế giới, trên Bảng 1 giới
thiệu đặc điểm một số CDV hai nhịp đã xây dựng ở Việt Nam và Thế giới. Do
tính đa dạng về kiến trúc ta có thể tạm chia các dạng sơ đồ CDV hai nhịp nh
sau
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 9
a. Sơ đồ hai nhịp đối xứng:
CDV hai nhịp đối xứng các dây văng bố trí đối xứng qua tháp cầu. Sơ đồ
này th ờng đ ợc áp dụng cho các cầu v ợt đ ờng, các nút giao thông lập thể
với khẩu độ không lớn lắm và yêu cầu kiến trúc đẹp. Có thể dùng sơ đồ CDV
hai nhịp đối xứng có dây neo, CDV hai nhịp đối xứng không có dây neo và
CDV hai nhịp đối xứng tháp cứng nh cầu Osaka (Nhật Bản) (Hình 6).
Hình 6: Cầu Osaka ( Nhật Bản )
b. Sơ đồ hai nhịp không đối xứng:
Hình 7: Cầu Wandre ( Bỉ )
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 10
CDV hai nhịp không đối xứng thì nhịp lớn sẽ có số khoang lớn hơn hoặc
bằng với số khoang nhịp nhỏ tuỳ theo cách bố trí dây và vị trí tháp cầu. Tháp
CDV hai nhịp không đối xứng có thể là tháp thẳng đứng hoặc tháp xiên nh
cầu Wande (Bỉ) (Hình 7) .
NC`C SV3$'("$5J5$*a$Y!I0$5O3$-:7$)X01$JY$-L01$5!"$5O3$-:7$
)X01$!#,$0!EY$$
1.2.1. Phân bố dây và mặt phẳng dây :
CDV là một hệ liên hợp giữa dầm cứng và các dây văng, mà sơ đồ và sự
phân bố dây trực tiếp ảnh h ởng đến khả năng chịu lực và các chỉ tiêu kinh tế
kỹ thuật của cầu.
a. Sơ đồ dây đồng quy : (Hình 8)
Sơ đồ dây đồng quy là sơ đồ có các dây văng quy tụ tại một nút cố định
trên tháp cầu, từ đó các dây toả xuống neo và dầm cứng tại một điểm, tạo
thành các gối đàn hồi của dầm liên tục.
L
H
Hình 8: Sơ đồ dây đồng quy
Trong sơ đồ dây đồng quy, các dây đ ợc liên két cố định tại nút trên
đỉnh tháp cầu nên ứng với mọi vị trí của tải trọng, nội lực của các dây thông
qua nút và dây neo truyền vào mố trụ và dầm cứng, do đó hệ có độ cứng lớn.
Sơ đồ dây đồng quy đ ợc sử dụng phổ biến và hiệu quả cho các cầu dây ít,
khoang lớn, khi đó cấu tạo nút dây trên đỉnh tháp cầu không phức tạp. Ngoài
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 11
ra trong các cầu tháp cứng, hoặc bố trí dây không đối xứng cũng th ờng dùng
sơ đồ đồng quy.
b. Sơ đồ dây song song : (Hình 9)
Trong sơ đồ dây song song, các dây văng ở mỗi bên tháp cầu song song
với nhau, phân bố cách đều trên tháp cầu và neo vào các điểm neo trên dầm
chủ. Nh vậy tại mỗi nút chỉ tập trung nhiều nhất hai dây nên cấu tạo đơn giản.
Về mặt kiến trúc, do các dây song song nên tại mọi góc nhìn đều cảm nhận
đ ợc đ ờng nét song song và cách đều trong khi ở các hệ khác các dây giao
cắt nhau theo đ ờng lộn xộn.
c. Sơ đồ dây hình rẽ quạt : (Hình 10)
H
Hình 10: Sơ đồ dây hình rẻ quạt
H
Hình 9: Sơ đồ dây song song
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 12
Sơ đồ dây hình rẽ quạt là sơ đồ trung gian giữa sơ đồ đồng quy và sơ đồ
song song, trong đó từng cặp dây tr ờng đ ợc phân bố trên tháp cầu với
khoảng cách nhỏ nhất để có thể cấu tạo, lắp đặt và điều chỉnh chiều dài dây
trong quá trình thi công. Nh vậy các dây văng đ ợc bố trí không song song
với nhau để tranh thủ các góc nghiêng lớn hơn ở các dây trung gian và tránh
tối đa tháp cầu bị uốn ngang. Trong các sơ đồ hình rẻ quạt các dây đ ợc neo
cố định trên tháp cầu, do khoảng cách giữa các điểm neo dây trên tháp lấy
nhỏ nhất có thể chấp nhận đ ợc, nên trị số mômen uốn trong tháp cầu d ới
tác dụng của lực ngang do hoạt tải t ơng đối nhỏ và không làm tăng kích th ớc
của tháp.
Hiện nay sơ đồ hình rẽ quạt là ph ơng án đ ợc a dùng nhất cho các
nhịp cầu lớn, khoang nhỏ, nhiều dây.
d. Các sơ đồ dây liên hợp : (Hình 11)
Ngoài 3 sơ đồ phân bố dây cơ bản đã nêu, tuỳ theo đặc điểm cấu tạo
của từng cầu, còn có thể áp dụng các sơ đồ dây liên hợp.
+ Sơ đồ song song - đồng quy
+ Sơ đồ đồng quy - Rẽ quạt
+ Sơ đồ hình sao
L
H
Hình 11: Sơ đồ dây liên hợp
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 13
1.2.2. Cấu tạo dầm chủ và hệ mặt cầu :
Trong CDV, hiện tồn tại hai loại tiết diện ngang dầm chủ với nguyên lý
làm việc và sự phân bố vật liệu hoàn toàn khác nhau.
a. Dầm chủ đơn năng :
Dầm chủ đơn năng bao gồm các khối dầm chủ có tiết diện bất kỳ, đặt
trong các mặt phẳng dây, chịu lực nh biên chịu nén của dàn gọi là dầm chủ
đơn năng.
Trong cầu có dầm chủ đơn năng, các bộ phận của hệ mặt cầu làm việc
độc lập với nhau, dầm chủ chịu lực nh một biên cứng của dàn chủ yếu chịu
nén và chịu uốn trong mặt phẳng thẳng đứng, khả năng chống xoắn chủ yếu
do các dầm ngang và hệ dây đảm nhiệm, dầm mặt cầu và bản làm việc cục bộ
theo nhịp của bản, dầm dọc và ngang. Các dầm chủ đơn năng chỉ đ ợc dùng
trong các cầu có nhiều mặt phẳng dây.
Dầm chủ bằng thép :
Tiết diện ngang của dầm chủ có thể có dạng I đơn, đ ợc liên kết bằng
các dầm ngang, trên dầm ngang là hệ dầm dọc và trên dầm dọc là bản mặt
cầu bằng bản thép hoặc bằng BTCT. Với sơ đồ và cấu tạo nh trên, các bộ
phận của hệ mặt cầu làm việc hoàn toàn độc lập, bản mặt cầu chịu lực cục bộ
theo nhịp bản (khoảng cách giữa các dầm dọc), dầm dọc làm việc cục bộ theo
nhịp là khoảng cách giữa các dầm ngang, dầm chủ làm việc nh một biên
cứng của dàn chịu nén uốn. Do dầm chủ chịu nén, tiết diện I đơn có độ cứng
ngang nhỏ cho nên để đảm bảo độ ổn định tổng thể và cục bộ theo ph ơng
ngang cầu, các dầm ngang cần bố trí t ơng đối dày cùng với hệ liên kết dọc
khoẻ (Hình 12).
Hình 12: Mặt cắt ngang dầm chủ đơn năng bằng thép
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 14
Ưu điểm cơ bản của hệ dầm chủ đơn năng là khối dầm có chiều rộng
không lớn, lại bố trí ngay trong mặt phẳng dây nên dễ dàng tiếp nhận toàn bộ
lực nén dọc do dây văng truyền vào. Vì vậy th ờng đ ợc áp dụng cho cầu có
nhiều mặt phẳng dây.
Dầm chủ dạng dàn thép :
Khi cần tăng c ờng độ cứng của dầm chủ, có thể áp dụng kết cấu dàn.
Dàn chủ trong CDV th ờng đ ợc áp dụng cho các cầu nhịp lớn, cầu có nhiều
tầng xe chạy, chịu tải trọng lớn, đặc biệt với tải trọng trên đ ờng sắt, nhằm
tăng c ờng độ cứng theo ph ơng thẳng đứng, ph ơng ngang và tăng khả năng
chống xoắn khi chịu tải trọng động và lực gió. Để tăng c ờng độ cứng và giảm
khối l ợng vật liệu thì dàn chủ tỏ ra có u điểm đặc biệt, tuy nhiên lại gây tốn
kém trong công tác chế tạo, lắp ráp và làm tăng chiều cao kiến trúc của cầu.
Dầm chủ bằng BTCT :
Về mặt cấu tạo, dầm chủ cần đ ợc thiết kế để tạo thuận tiện và thi công
đơn giản nhất, tránh tối đa cấu tạo các khớp, các khe nối trên cầu.
Do dầm cứng chủ yếu chịu nén nên dùng BTCT thích hợp, đặc biệt trong
công nghệ thi công hẫng thì CDV có thể đ ợc coi nh cầu dầm liên tục, thi
công hẫng, cốt thép d l ngoài. Cốt thép d l ngoài trong CDV có cánh tay đòn
tính từ trọng tâm dầm cứng đến các dây lớn hơn nhiều so với cầu dầm liên tục,
do đó dầm cứng và dây có tiết diện và khối l ợng nhỏ hơn, CDV v ợt nhịp dài
hơn, có các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tốt hơn.
Ngoài ra d ới tác động của tĩnh tải, lực nén tr ớc trong dầm cứng do các
dây văng truyền vào luôn ổn định, không bị mất mát tức thời và lâu dài, cho
nên CDV có thể xem là cầu bê tông tự ứng suất do lực nén tr ớc, trong đó lực
nén tr ớc trong dầm cứng có thể triệt tiêu đ ợc ứng suất kéo do mômen uốn
gây ra.
b. Dầm chủ đa năng :
Dầm chủ đa năng là dầm chủ có dạng một khối, một bản đặc, hoặc một
hộp rỗng bằng BTCT hay bằng các tấm thép đ ợc gia c ờng bằng các s ờn
dọc, ngang. Dầm chủ có chiều cao lớn, có chức năng chịu lực cục bộ cũng nh
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 15
tổng thể, không phân biệt rõ dầm chủ và hệ dầm mặt cầu. Ví dụ bản mặt cầu
vừa chịu lực cục bộ theo ph ơng ngang vừa tham gia nh biên trên của dầm
chủ chịu uốn, vật liệu cấu thành tiết diện hộp kín đ ợc bố trí xa trọng tâm tạo
khả năng chống uốn và chống xoắn cao, rất cần thiết trong các cầu có một
mặt phẳng dây bố trí ở giữa. Dầm chủ nh vậy có khả năng chịu lực cục bộ và
tổng thể, chịu uốn và chịu xoắn tốt, gọi là dầm chủ đa năng.
Dầm chủ đa năng bằng thép :
Trong CDV, dầm chủ đa năng bằng thép đầu tiên đ ợc áp dụng trong
hệ cầu một mặt phẳng dây. Với các cầu một mặt phẳng dây thì khả năng
chống xoắn của cầu chịu tải trọng lệch tâm hoàn toàn do dầm chủ mặt cầu
đảm nhiệm. Để có độ cứng chống xoắn lớn, tiết diện phải có dạng hộp kín cấu
tạo bằng các tấm thép có s ờn và có chiều cao t ơng đối lớn. Mặt cầu có thể
làm bằng bản thép trực h ớng.
Hình 13: Mặt cắt ngang dầm chủ a nng bằng thép
Các CDV hiện đại đều có khuynh h ớng dùng hai mặt phẳng dây với
khoang nhỏ, dây dày tiết diện ngang hộp kín dạng thoát gió (Hình 13).
Tuy nhiên trong các tiết diện hộp kín, vật liệu đ ợc bố trí tập trung vào
khu vực giữa, t ơng đối xa mặt phẳng dây, đặc biệt ở các cầu rộng, do đó lực
nén dọc có thể không truyền đ ợc lên toàn tiết diện, khi đó có thể dùng tiết
diện hộp nửa hở, trong đó vật liệu chịu nén tập trung gần các mặt phẳng dây,
tạo thành các hộp nhỏ để chịu lực nén truyền trực tiếp từ dây vào. Loại tiết
diện này có nguyên tắc cấu tạo giống tiết diện đơn năng.
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 16
Dầm chủ đa năng bằng bê tông cốt thép :
Các tiết diện dầm chủ đa năng bằng BTCT trong CDV th ờng có dạng
một hộp rộng suốt chiều ngang cầu. Để tránh phải thực hiện các mối nối trong
thi công, đảm bảo tính toàn khối, tính đồng nhất, dầm chủ đa năng bằng BTCT
th ờng đ ợc thực hiện theo ph ơng pháp đúc hẫng tại hiện tr ờng (Hình 14.)
Hình 14: Mặt cắt ngang dầm chủ a nng bằng bêtông
Về nguyên tắc chịu lực, dầm chủ đa năng bằng BTCT có hình khối giống
nh dầm thép, tuy nhiên để đảm bảo thuận lợi cho công nghệ đổ bê tông
hẫng, khi thiết kế cấu tạo và định chiều dày các t ờng, bản, cần l u ý để dễ đổ
bêtông, dễ đầm nén, bảo d ỡng, dễ tháo lắp ván khuôn và tránh đổ bêtông
nhiều đợt cho mỗi khoang .
Hình 15: Mặt cắt ngang dầm cầu Kiền ( Hải Phòng )
485022504850 2250
L
C
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 17
Đối với cầu có hai mặt phẳng dây, ngoài các cấu tạo thông th ờng của
tiết diện hộp, tại hai mép biên, dọc theo tuyến neo dây, còn cần cấu tạo hai
khối đặc để trực tiếp nhận lực nén dọc do dây văng truyền vào. Các khối đặc
ở biên hộp chỉ có tác dụng chịu nén nên chiều cao và chiều rộng cần chọn dủ
để bố trí neo và chịu nén dọc.
Với hệ có một mặt dây nằm giữa cầu thì cần tập trung vật liệu chịu nén
vào gữa hộp bằng cách tăng chiều dày của các t ờng đứng. Các t ờng đứng
ở giữa hộp trong cầu một mặt phẳng dây ngoài chịu nén dọc còn trực tiếp chịu
phản lực thẳng đứng của tháp một cột truyền qua dầm chủ xuống trụ cầu.
Nhìn chung cấu tạo của các tiết diện hộp kín có t ờng đứng, vách ngăn
hoặc các thanh chống xiên có u điểm về chịu lực, tiết kiệm vật liệu, nh ng
cấu tạo và thi công khó khăn, đặc biệt khi thi công theo công nghệ đúc hẫng
trên dàn giáo treo. Vì vậy khi thiết kế cần đặc biệt quan tâm đến các tiết diện
có cấu tạo và thi công đơn giản nhất.
1.2.3. Cấu tạo tháp cầu
Trong CDV, tuỳ theo độ cứng chịu uốn của tháp theo ph ơng dọc, có
thể phân biệt hai loại tháp : tháp mềm và tháp cứng.
Tháp mềm có kích th ớc theo chiều dọc cầu t ơng đối nhỏ, độ cứng bé,
khả năng chịu uốn kém hoặc khi tháp cầu có liên kết khớp với trụ thì cũng
đ ợc coi là mềm không phụ thuộc vào kích th ớc tiết diện. Chuyển vị ngang
của đỉnh tháp theo ph ơng dọc cầu chủ yếu dựa vào độ cứng chịu kéo của dây
neo. Dây neo th ờng đựơc liên kết cố định, một đầu vào đỉnh tháp cầu, một
đầu vào dầm cứng trên mố, trụ. Nh vậy theo ph ơng dọc cầu, tháp mềm làm
việc nh một thanh có đầu trên liên kết khớp với dây neo, đầu d ới ngàm hoặc
liên kết khớp với trụ.
Tháp cứng có kích th ớc tiết diện ngang lớn, độ cứng theo ph ơng dọc
cầu đủ lớn để hạn chế chuyển vị ngang đỉnh tháp và chịu lực ngang của các
dây văng. Do đó tháp cứng phải liên kết cứng với trụ và trên nguyên tắc có thể
không cần dây neo. Tháp cứng chịu tải nh một thanh có một đầu ngàm, một
đầu tự do chịu nén uốn. Để đảm bảo độ cứng ngang, hạn chế đến mức tối
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 18
thiểu chuyển vị ngang của đỉnh tháp và tiết kiệm vật liệu, tháp cầu cứng có thể
tạo dạng A hoặc Y ng ợc .
a. Tháp cầu mềm :
Tháp cầu mềm có thể làm bằng thép hoặc BTCT, thông th ờng tháp
cầu bằng thép đ ợc dùng cho các cầu có dầm cứng bằng thép, còn tháp cầu
BTCT có thể dùng cho các cầu có dầm cứng bằng thép hoặc BTCT.
Tháp cầu đơn giản nhất có dạng hai cột thẳng đứng tạo thành một
khung hở, ngàm vào thân trụ hoặc vào dầm chủ, mỗi cột tháp nằm trong một
mặt phẳng dây, làm việc chịu nén uốn theo ph ơng ngang nh thanh có một
đầu ngàm, một đầu tự do. Theo ph ơng dọc do có các dây neo nên tháp làm
việc nh thanh có một đầu ngàm, một đầu tựa trên gối đàn hồi. Với các cầu
nhịp lớn, tháp cao sẽ làm việc bất lợi về mặt ổn định. Để tăng c ờng khả năng
chịu nén dọc và tạo điều kiện có thể bố trí liên kết khớp tại chân tháp cầu, các
cột th ờng đ ợc liên kết với nhau theo ph ơng ngang cầu tạo thành một khung
kín thông qua một hệ thanh giằng. Các thanh giằng có thể bố trí dày hoặc th a
với hình dạng tuỳ ý theo mỹ quan, đủ đảm bảo chịu lực và thi công đơn giản.
Theo ph ơng dọc, tháp có thể ngàm hoặc liên kết khớp với trụ. Dây neo có
một đầu neo cố định trên đỉnh tháp, một đầu neo vào đầu dầm cứng. Gối cầu
trên mố tại vị trí dây neo cần có cấu tạo để chịu đ ợc phản lực âm chống lại
lực nhổ khi hoạt tải đứng trên nhịp giữa.
Tháp cầu dạng khung kín tạo điều kiện giảm chiều dài tự do chịu nén
dọc nên có thể giảm chiều dày tiết diện cột tháp mà vẫn đảm bảo khả năng
chịu lực và ổn định. Do đó trừ các tr ờng hợp đặc biệt, theo ph ơng ngang
cầu, tháp cầu mềm th ờng chọn dạng khung kín.
Chiều rộng của tháp th ờng chọn lớn hơn chiều rộng hệ mặt cầu để
đảm bảo tính liên tục của dầm chủ qua trụ, khi đó hai mặt phẳng dây sẽ phải
nằm hơi nghiêng hình máng. Hai mặt phẳng dây nghiêng hình máng, với độ
nghiêng nhỏ, hầu nh không ảnh h ởng đến khả năng làm việc của hệ, nh ng
có thể không đảm bảo mỹ quan. Để dây nằm trong các mặt thẳng đứng thì
trên mặt cắt ngang, tháp cầu có thể có dạng hình thang, hoặc có dạng hình
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 19
chữ nhật ở phía trên (tại vị trí cần neo dây) phía d ới mở rộng chân tạo thành
hình thang đủ rộng để dầm chủ chạy liên tục trong lòng tháp.
Đối với các cầu có một mặt phẳng dây thì tháp th ờng có dạng một cột
thẳng đứng nằm giữa cầu. Để có thể bố trí dầm chủ tiết diện hộp liên tục qua
trụ, chân tháp th ờng không trực tiếp liên kết với trụ và ngàm vào dầm chủ,
phản lực thẳng đứng từ tháp truyền qua gối của dầm hộp xuống trụ. Theo
ph ơng ngang cầu thép chịu nén uốn nh thanh một đầu ngàm một đầu tự do
nên kích th ớc tiết diện t ơng đối lớn.
Tháp cầu chủ yếu chịu nén nên th ờng đ ợc làm bằng BTCT. Để tránh
phải cấu tạo và thi công khớp, tháp cầu BTCT th ờng liên kết ngàm với móng
hoặc trụ. Tháp cầu bằng BTCT đơn giản nhất th ờng là tháp dạng cột, tiết diện
ngang chữ nhật đặc hoặc rỗng, tiết diện H hoặc tiết diện ống có hình dạng bất
kỳ.
Hình 16: Các dạng tháp cầu theo phZơng ngang
Với các cầu nhịp nhỏ và trung, tiết diện cột tháp nhỏ thì có thể cấu tạo
tiết diện chữ nhật có dây xuyên qua tháp neo và mặt sau tiết diện, để che chắn
các mấu neo có thể bố trí các t ờng che tạo cho cột tháp có dạng hình chữ H.
Dạng chữ H của cột tháp có thể chỉ cấu tạo ở khu vực neo nh ở tháp cầu
Elbeuf qua sông Seine ở Pháp.
Tháp cầu là kết cấu chủ yếu chịu nén nên thông th ờng đ ợc làm bằng
BTCT. Tuy nhiên đối với các cầu nhỏ và trung, các cầu ng ời đi, cầu máng,
cầu ống dẫn, để đảm bảo chế tạo, vận chuyển và lắp đặt đơn giản, nhanh
chóng cũng vẫn dùng tháp cầu bằng thép. Ngoài ra ngay trong các tháp cầu
bằng BTCT vẫn cần các bộ phận bằng thép để tạo ra các ổ neo liên kết với
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 20
các dây văng. Các cột tháp cầu bằng thép th ờng đ ợc chế tạo tr ớc trong
nhà máy d ới dạng các cột hoàn chỉnh, hoặc các đốt, các thanh và đ ợc lắp
dựng tại hiện tr ờng. Tiết diện ngang th ờng có dạng thép hình chữ I, chữ H để
nguyên hoặc ghép thành hộp. Tiết diện hộp ghép từ các tấm thép đơn, bản
thép có s ờn hoặc tiết diện hộp nhiều vách ngăn.
Tiết diện hộp thép ghép từ 2 thanh I-610 với các bản thép dày 20mm
đ ợc áp dụng vào cầu Đak'rông ở Quảng Trị năm 1976.
b. Tháp cầu cứng :
Một trong các biện pháp tăng c ờng độ cứng cho CDV là dùng tháp
cứng. tháp cứng là tháp có độ cứng theo ph ơng dọc đủ lớn để hạn chế
chuyển vị ngang của đỉnh tháp khi chịu hoạt tải nhằm giảm độ võng của hệ
mômen uốn trong dầm chủ. Vì vậy trên nguyên tắc, khi dùng tháp cầu cứng thì
có thể không cần dây neo. Để tăng độ cứng của tháp thì phải tăng diện tích tiết
diện và kích th ớc mặt cắt ngang của tháp cầu.
Theo chiều dọc, tháp cứng có dạng chữ nhật kích th ớc lớn, hoặc tiết
diện hộp. Với cầu nhịp lớn, tháp cao thì tháp cứng hợp lý nhất có dạng chữ A.
Tháp cầu dạng chữ A vừa tạo độ cứng lớn, tiết kiệm vật liệu nên đ ợc dùng
nhiều trong các cầu cần tăng c ờng độ cứng khi không có khả năng bố trí các
dây neo. Cách giải quyết trụ và tháp của cầu Maracaibô ở Vênêduêla là ví dụ
điển hình về việc áp dụng tháp cầu cứng cho CDV nhiều nhịp không có dây
neo.
Tháp cầu cứng có kích th ớc và độ cứng lớn theo ph ơng dọc cầu nhằm
giảm chuyển vị của đỉnh tháp và chịu mômen uốn.
1.2.4. Cấu tạo cáp và hệ neo :
CDV là loại cầu có thể v ợt các nhịp dài và rất dài, do đó dây văng
th ờng có chiều dài lớn, đ ợc căng và neo vào hai đầu cố định, d ới tác dụng
của tải trọng bản thân dây hay bị võng, khi chịu hoạt tải, độ võng giảm, dây
duỗi thẳng gây thêm biến dạng phụ. Để hạn chế ảnh h ởng trên (giảm trọng
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 21
l ợng bản thân dây), dây th ờng đ ợc chế tạo từ các sợi thép có c ờng độ cao
nh các sợi thép đơn đặt song song hoặc các bó dây cáp.
Có nhiều loại cáp dùng làm dây văng nh ng hầu hết th ờng đ ợc cấu
tạo từ thép c ờng độ cao.
*/ Cáp gồm các thanh song song :
Cáp đ ợc cấu tạo từ các thanh thép đặt song song nhau trong một ống
thép và đ ợc định vị trong một vách ngăn bằng chất dẻo PE. Trong quá trình
lắp đặt, các thanh thép có thể tự do tr ợt dọc theo tuyến dây, nên việc căng
kéo có thể thực hiện một cách đơn giản cho từng thanh. Sau khi căng kéo
song có thể bơm vữa xi măng trong lòng ống, đảm bảo ống thép cùng tham
gia chịu hoạt tải. Việc vận chuyển d ới dạng các cuộn chỉ thực hiện đ ợc với
các thanh có đ ờng kính nhỏ hơn 16mm. Các thanh có đ ờng kính lớn hơn
th ờng đ ợc chế tạo và vận chuyển d ới dạng thanh có chiều dài 15-20m.
Việc nối liên tục th ờng thực hiện qua ống nối ren răng. Mối nối ren răng làm
giảm tiết diện dây, gây ứng suất tập trung và giảm khả năng chịu mỏi của
thép.
b^$B},$5JY$
53~01$%a$5#"$
%3}5$P($>P
F/$5!p01$1i
)ỏ$*45$kD@E
5J5$'#"$5JY$'q"01$
5JY$-:7$)X01
Hình 17 : Tao cáp Hình 18 : Cáp dây văng (tại vị trí neo)
*/ Cáp gồm các sợi song song :
Cáp gồm các sợi song song là các bó dây làm bằng các sợi thép c ờng
độ cao bố trí song song đặt trong ống thép hoặc ống nhựa Polyethylene. Sau
khi lắp đặt song, th ờng bơm vữa xi măng trong lòng ống. Các sợi thép có thể
đặt riêng rẽ, sắp xếp theo hình lục giác trên nguyên tắc đảm bảo các thanh ép
sít nhau thuận tiện cho việc bó cáp và tạo lớp vỏ chống gỉ.
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 22
Bó dây có sợi song song chịu lực tốt hơn, có c ờng độ bằng c ờng độ
thép sợi đơn, có môđun đàn hồi cao hơn các bó dây xoắn ốc. Tuy nhiên các bó
lớn có độ cứng lớn, khó cuộn vào các rulô, khó vận chuyển lắp đặt.
Hãng BBRV ( Thuỵ Sỹ ) chế tạo các bó gồm các sợi thép đ ờng kính
7mm số sợi thay đổi từ 50-350. Bó đ ợc chế tạo để có thể cuộn vào rulô vận
chuyển đến công tr ờng. Các bó dây sắp xếp theo dạng tròn và đặt trong ống
polyyethylene.
*/ Tao cáp :
Tao cáp là một bó các sợi thép c ờng độ cao đ ờng kính từ 4,5 đến
7mm quấn xoắn ốc một hay nhiều lớp quanh một sợi thép nằm chính giữa gọi
là lõi, mỗi lớp có có một vòng xoắn ng ợc chiều nhau để cáp khỏi bị tởi khi
chịu lực.
Hiện nay các tao cáp đơn đ ợc ứng dụng rộng rãi cho kết cấu bê tông
ứng suất tr ớc và CDV vì các tao đơn dễ vận chuyển, dễ lắp đặt và thích hợp
với hệ neo thông dụng nhất hiện nay là neo kẹp.
*/ Cáp kín :
Cáp kín là tổ hợp của các sợi thép tròn, hình thang và hình chữ Z. Thông
th ờng lõi là một tao cáp gồm các sợi tròn, quanh lõi là vài lớp dây tiết diện
hình thang và ngoài cùng là các lớp dây tiết diện Z. Khi chịu kéo các dây hình
nêm và Z ép sít vào nhau bảo vệ cho n ớc và khí ẩm không lọt đ ợc vào các
lớp trong làm gỉ thép. Ngoài ra cáp kín còn có môđun đàn hồi lớn hơn và chống
gỉ tốt hơn các loại cáp khác.
*/ Bó cáp :
Bó cáp là tổ hợp của nhiều tao quấn quanh một lõi, có thể là một tao
hay một bó cáp.
Cấu tạo dây văng và neo :$
Trong CDV, dây làm việc chịu kéo nh các gối tựa đàn hồi chịu toàn bộ
phản lực thẳng đứng do tĩnh và hoạt tải tác dụng lên công trình, đồng thời dây
lại luôn chịu tác dụng của hiệu ứng Karman nên dễ bị mỏi, do đó nếu dây có
H3I0$J0$'!(5$2K$>K$'!3I'$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Học viên : Nguyễn Xuân Quang
Lớp : Cao học xây dựng công trình K8 Trang : 23
sự cố sẽ nguy hại cho toàn cầu, đặc biệt đối với các cầu dây ít, khoang lớn.
Dây cáp th ờng đ ợc chế tạo trong nhà máy với công nghệ cao nên có chất
l ợng và độ tin cậy tốt, trong khi hệ neo có thể phải chế tạo tại hiện tr ờng nên
độ chính xác và tin cậy kém hơn, do đó neo cũng cần đ ợc đặc biệt quan tâm
đến chất l ợng, độ tin cậy, biện pháp chống ăn mòn và chống rung.
Hình 19 : Neo VSL cho bó gồm các tao đơn đặt song song
*/ Yêu cầu cơ bản của kết cấu neo nh sau :
+ Có khả năng chịu lực và chịu mỏi t ơng đ ơng với dây và có thể
truyền toàn bộ lực trong dây và dầm.
+ Có khả năng thay thế khi cần thiết
+ Có khả năng căng chỉnh, thay đổi chiều dài trong thi công và có thể vi
chỉnh hoặc thả chùng khi cần thiết trong quá trình khai thác.
+ Bố trí đủ không gian để thi công đơn giản, dễ kiểm tra, sửa chữa trong
khai thác.
+ Chống gỉ tốt
+ Chịu đ ợc các sự cố bất ngờ (chẳng hạn một dây bị đứt bất ngờ do tụt
neo hoặc do phá hoại).
*/ Kết cấu neo th ờng gồm hai bộ phận :
+ 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 két một bó dây c ờng độ cao
với khối neo nảy sinh nhiều vấn đề phức tạp về khả năng chịu lực cũng nh
công nghệ chế tạo.
