Luận án thạc sĩ cầu đường phân tích ảnh hưởng của chiều cao tháp cầu đến sự phân bố nội lực và biến dạng trong kết cấu cầu treo dây võng

LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 1
GIỚI THIỆU CHUNG
I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN
1. NHIỆM VỤ:
Trụ tháp là một trong những bộ phận chính tạo nên đặc điểm nổi bật và đặc
trưng cho kết cấu cầu treo nói chung, đặc biệt là trong cầu treo dây võng. Có rất
nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố nội lực trong cầu treo dây võng như: sơ đồ
kết cấu nhịp, chiều dài nhịp, cấu tạo dầm chính, số lượng dây treo, chiều cao tháp
cầu, vật liệu… Trong đó chiều cao tháp cầu trực tiếp ảnh hưởng đến đường tên,
chiều dài của cáp chủ, kéo theo sự thay đổi nội lực của toàn hệ (dầm chính, dây
treo, trụ tháp…). Chính vì vậy từ việc phân tích cấu tạo hình dạng kích thước của
trụ tháp để đưa ra ảnh hưởng ảnh hưởng của chiều cao tháp cầu đến sự phân bố nội
lực và biến dạng trong kết cấu cầu treo dây võng. Thông qua việc tổng hợp và phân
tích kết quả nghiên cứu sẽ kiến nghị chiều cao tháp cầu treo dây võng.
2. NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Chương 1: Tổng quan về cầu treo dây võng.
Chương 2: Kết cấu trụ tháp trong cầu treo dây võng.
Chương 3: Phương pháp tính toán cầu treo dây võng.
Chương 4: Phân Tích Ảnh Hưởng Chiều Cao Trụ Tháp Đến Sự Phân Bố
Nội Lực Và Biến Dạng Trong Cầu Treo Dây Võng.
Chương 5: Kết luận và Kiến Nghị.
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 2
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 4
1.1.GIỚI THIỆU VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG: 4
1.1.1. Giới thiệu sự phát triển cầu treo dây võng trên thế giới: 4
1.1.2. Sự phát triển cầu treo dây võng ở Việt Nam 9
1.2.CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG 11
1.2.1.Cấu tạo các bộ phận chính của cầu treo dây võng 11
1.2.2.Trụ tháp cầu: 11
1.2.3.Các dạng mặt cắt ngang dầm chính: 13

1.2.4.Bộ phận neo cáp chủ: 14
1.2.5.Cáp dùng cho dây võng 14
1.3.PHÂN LOẠI CẦU TREO DÂY VÕNG 17
1.3.1.Phân loại theo số lượng nhịp: 17
1.3.2.Phân loại theo sự phân bố dây treo 18
1.3.3.Phân loại theo số mặt phẳng dây: 20
CHƯƠNG 2.KẾT CẤU TRỤ THÁP TRONG CẦU 22
TREO DÂY VÕNG 22
2.1.CẤU TẠO TRỤ THÁP CẦU: 22
2.2.PHÂN TÍCH KẾT CẤU TRỤ THÁP: 24
2.3.THI CÔNG TRỤ THÁP : 25
2.4.THỐNG KÊ CHIỀU CAO TRỤ THÁP : 26
CHƯƠNG 3.CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 28
CẦU TREO DÂY VÕNG 28
3.1.GIỚI THIỆU CHUNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VÕNG: 28
3.1.1.TÍNH CẦU TREO - PHƯƠNG TRÌNH LỰC 30
3.1.2.TÍNH CẦU TREO - PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN VỊ 32
3.1.3. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN: 33
3.1.3.1.GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 33
3.1.3.2.KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PTHH TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU
41
3.2.MỘT SÔ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VÕNG: 47
3.2.1.Phần mềm SAP2000 48
3.2.2.Phần mềm MIDAS/Civil: 48
3.3.NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG PHẦN MỀM MIDAS:. .50
CHƯƠNG 4.PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP ĐẾN SỰ
PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG 53
4.1. LỰA CHỌN CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU: 53
4.1.1.Sơ đồ nhịp sử dụng: 53
4.1.2.Các trường hợp chiều cao trụ tháp cầu nghiên cứu: 54

4.1.3.Thông số vật liệu và kích thước hình học của các bộ phận kết cấu: 56
4.1.3.1.Vật liệu : 56
4.1.3.2.Kích thước hình học các bộ phận: 56
4.1.4.Các trường hợp tải trọng nghiên cứu: 58
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 3
4.1.4.1.Tính tải: 58
4.1.4.2.Tải trọng tập trung: 58
4.1.4.3.Tải trọng HL93: 58
4.2.CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN: 59
4.2.1.Mô hình biến dạng lớn 59
4.2.2.Mô hình biến dạng nhỏ 61
4.3.KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THEO MÔ HÌNH BIẾN DẠNG LỚN: 61
4.3.1.Ảnh hưởng đến phân bố nội lực 61
4.3.1.1.Nội lực trong trụ tháp 62
4.3.1.2.Nội lực trong cáp chủ 65
4.3.2.Ảnh hưởng đến biến dạng 67
4.3.2.1.Biến dạng trong trụ tháp 67
4.3.2.2.Biến dạng trong cáp chủ 70
4.4.KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THEO MÔ HÌNH BIẾN DẠNG NHỎ 72
4.4.1.Ảnh hưởng đến phân bố nội lực 72
4.4.1.1.Nội lực trong dầm chủ 72
4.4.1.1.1.Trường hợp tải trọng bản thân 72
4.4.1.1.2.Trường hợp tải trọng tập trung 77
4.4.1.1.3.Trường hợp tải trọng HL93 86
4.4.1.2.Nội lực trong trụ tháp 90
4.4.1.2.1.Trường hợp tải trọng bản thân 90
4.4.1.2.2.Trường hợp tải trọng tập trung 91
4.4.1.2.3.Trường hợp tải trọng HL93 95
4.4.1.3.Nội lực trong dây treo và cáp chủ 98

4.4.1.3.1.Trường hợp tải trọng bản thân 98
4.4.1.3.2.Trường hợp tải trọng tập trung 99
4.4.1.3.3.Trường hợp tải trọng HL93 101
4.4.2.Ảnh hưởng đến biến dạng 102
4.4.2.1.Biến dạng trong dầm chủ 102
4.4.2.1.1.Trường hợp tải trọng bản thân 102
4.4.2.1.2.Trường hợp tải trọng tập trung 103
4.4.2.1.3.Trường hợp tải trọng HL93 104
4.4.2.2.Biến dạng trong trụ tháp 106
4.4.2.2.1.Trường hợp tải trọng bản thân 106
4.4.2.2.2.Trường hợp tải trọng tập trung 106
4.4.2.2.3.Trường hợp tải trọng HL93 107
4.4.2.3.Biến dạng trong dây treo và cáp chủ 108
4.4.2.3.1.Trường hợp tải trọng bản thân 108
4.4.2.3.2.Trường hợp tải trọng tập trung 109
4.4.2.3.3.Trường hợp tải trọng HL93 111
CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113
5.1.KẾT LUẬN 113
5.1.1.1.1.Trường hợp tải trọng HL93 117
5.1.1.2.Nội lực trong trụ tháp 118
5.1.1.2.1.Trường hợp tải trọng HL93 120
5.1.1.3.Nội lực trong dây treo và cáp chủ 120
5.1.1.3.1.Trường hợp tải trọng bản thân 120
5.1.1.3.2.Trường hợp tải trọng tập trung 121
5.1.1.3.3.Trường hợp tải trọng HL93 121
5.1.2.Ảnh hưởng đến biến dạng 122
5.1.2.1.Biến dạng trong dầm chủ 122
5.1.2.1.1.Trường hợp tải trọng bản thân 122
5.1.2.1.2.Trường hợp tải trọng tập trung 122
5.1.2.1.3.Trường hợp tải trọng HL93 122

HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 4
5.1.2.2.Biến dạng trong trụ tháp 123
5.1.2.2.1.Trường hợp tải trọng bản thân 123
5.1.2.2.2.Trường hợp tải trọng HL93 123
5.1.2.3.Biến dạng trong dây treo và cáp chủ 123
5.1.2.3.1.Trường hợp tải trọng bản thân 123
5.1.2.3.2.Trường hợp tải trọng tập trung 123
5.1.2.3.3.Trường hợp tải trọng HL93 124
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG
1.1. Giới thiệu về cầu treo dây võng:
1.1.1. Giới thiệu sự phát triển cầu treo dây võng trên thế giới:
Cầu treo dây võng là loại cầu trong đó bộ phận chịu lực chính là dây cáp, do
đó nó tận dụng được tối đa sự làm việc của vật liệu. Do ưu điểm này nên cầu treo
dây võng vượt được khẩu độ rất lớn mà các loại kết cấu khác không làm được kể cả
cầu dây văng. Hiện nay, cầu treo dây võng được coi là loại cầu đẹp, nhẹ và chịu lực
tốt, được áp dụng phổ biến trên thế giới cho các cầu nhịp lớn.
Trong lịch sử phát triển cầu, cầu treo dây võng là một loại cầu có một lịch sử
phát triển lâu đời. Cầu treo dây võng với cáp treo bằng xích sắt đã được xây dựng ở
Trung Quốc cách nay từ 2000 trước và một chiếc tương tự cũng được xây dựng tại
Ấn Độ . Nguồn gốc ra đời của cầu treo dây võng lại ở Phương Đông nhưng lại xuất
hiện ở Châu Âu vào thế kỷ 16 và nó thực sự bùng nổ khi nền công nghệ luyện thép
phát triển mạnh vào thế kỷ 19. Cho đến nay 20 chiếc cầu có nhịp chính lớn nhất trên
thế giới vẫn là cầu treo dây võng.
Vào thế kỷ 18, với sự phát triển của kết cấu cầu và các sản phẩm ứng dụng
công nghệ luyện thép, cầu Jacobs Creek được xây dựng vào năm 1801 với nhịp
chính dài chỉ 21.3m bởi công trình sư ông Finley tại Mỹ. Chiếc cầu dùng cho xe ô
tô xưa nhất hiện nay là cầu Clifton ở Anh (hình 1.1) được xây dựng vào năm 1831
và hoàn thành vào năm 1864 đây là chiếc cầu với cáp chủ có dạng xích sắt.
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 5
Hình I.1.
Theo thời gian cùng với sự phát triển của máy tính điện tử cũng như công nghệ
máy móc thi công, vật liệu xây dựng và trình độ khoa học kỹ thuật xây dựng cầu
treo dây võng càng ngày càng vượt được nhịp lớn. Một số cầu treo dây võng có
nhịp >1000m trên thế giới được thống kê trong bảng sau:
STT Tên cầu Quốc gia
Chiều dài
nhịp chính (m)
Năm hoàn
thành
1 Akashi Kaikyo Nhật 1991 1998
2 Great Belt Đan Mạch 1624 1998
3 Runyang Trung Quốc 1490 2005
4 Humber Anh 1410 1981
5 Jiangyin Trung Quốc 1385 1999
6 Tsing Ma Hồng Kông 1377 1997
7 Verrazano Narrow Mỹ 1298 1964
8 Golden Gate Mỹ 1280 1937
9 Hoga Kustenborn Thụy Điển 1210 1997
10 Mackinac Mỹ 1158 1957
11 Minami Bisan Seto Nhật 1118 1988
12 Fatih Sultan Mehmet Thổ Nhĩ Kỳ 1090 1988
13 Bogazici Thổ Nhĩ Kỳ 1074 1973
14 George Washington Mỹ 1067 1931
15 3
rd
Kurushima Kaikyo Nhật 1030 1999
16 2
nd

Kurushima Kaikyo Nhật 1020 1999
17 Ponte 25 de Abril Bồ Đào Nha 1013 1966
18 Forth Road Anh 1006 1964
Về phương diện thẩm mỹ, một số cầu được coi biểu tượng cho cả một vùng, cả một
quốc gia như : cầu Golden Gate (hình1.2) , cầu Mackinac của Mỹ, cầu Tsing Ma
của Hồng Kông, cầu JangYin (hình 1.3) của Trung Quốc…
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 6
Hình I.2. Hình I.3.
Hiện nay, cầu treo Akashi Kaikyo (hình 1.4) là cây cầu được hoàn thành có nhịp
chính dài nhất trên thế giới được khởi công vào tháng 5/1988, việc xây dựng kéo
dài trong 10 năm, chiều dài nhịp chính 960+1991+960m = 3911 m. Cầu nằm giữa
Bắc Maiko ( ở Shikoku ) và Nam Matsuho ( ở Awaji ),hai bên là cầu dẫn bằng bê
tông.

Hình I.4.
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
1 280
343
343
1 385
336,5 309,3
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 7
Kế đến là cầu Great Belt East (hình 1.5) nhịp chính dài 1624m được khánh thành
ngày 14/06/1998 ở Đan Mạch.
Hình I.5.
Bước vào thiên niên kỷ mới, một vài cầu nhịp lớn sẽ được xây dựng. Có thể
kể đến một số cầu lớn sẽ được xây dựng trong tương lai như:
 Bắc qua eo biển Messina nối đảo Sicily với đất liền nước Ý đó là cầu treo
dây võng Messina Strait (hình 1.6, 1.7), nhịp chính khoảng 3 km. Bắt đầu

xây dựng từ năm 2006 và dự kiến hoàn thành vào năm 2012
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 8
Hình I.6. - Phác họa so sánh kích thước, khẩu độ giữa cầu Messina Strait (Italia) và
cầu Golden Gate (Mỹ)
Hình I.7. - Phối cảnh cầu Messina Strait
 Băng qua eo biển Tsugaru, Nhật Bản : một cây cầu kết hợp vừa cầu treo dây
võng vừa cầu treo dây văng với 2 nhịp chính liên tiếp nhau khoảng 4 km .
 Băng qua eo biển Gibraltar giữa Tây Ban Nha và Marốc: một cầu dây võng
với 2 nhịp chính 5 km, hoặc một chiếc cầu treo dây văng có nhịp chính đầy
ấn tượng 8.4 km .
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 9
Sự ra đời và phát triển cầu dây võng trên thế giới không còn đơn thuần là đáp
ứng giao thông mà nó còn là mục tiêu và là thách thức với các nhà khoa học làm
sao có được một chiếc cầu mang lại nét đặc trưng riêng độc đáo về kết cấu, kiến
trúc hơn nữa là kỷ lục về chiều dài nhịp.
1.1.2. Sự phát triển cầu treo dây võng ở Việt Nam
Với một đất nước có một bề dày lịch sử, trải qua bao nhiêu thăng trầm thì
công nghệ thiết kế và thi công cầu ở Việt Nam còn rất ít kinh nghiệm và non trẻ.
Lịch sử phát triển xây dựng cầu ở Việt Nam cũng gắn liền với quá trình lịch
sử, với loại kết cấu cầu treo từ giữa những năm 1965 công tác đảm bảo giao thông
trong cuộc chiến tranh chống Mỹ cứu nước đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu các biện
pháp vượt sông bằng hệ cáp treo. Từ đó các sản phẩm cầu treo được ra đời như Cầu
Cáp Vĩnh Tuy (Hà Giang), Đoan Vỹ (Nam Hà) năm 1965-1968, Cầu cáp Đoan
Hùng (Vĩnh Phú) khẩu độ 104m năm 1966,…
Cho đến nay, với trình độ kỹ thuật ngày càng được cải tiến không ngừng
cùng với việc chuyển giao công nghệ từ nước ngoài, bên cạnh các loại cầu giản đơn,
liên tục thuần túy thì một số giải pháp cầu treo dây võng đã được nghiên cứu từng
bước đưa vào ứng dụng, cụ thể một cầu treo có quy mô tương đối lớn đã được triển

khai xây dựng đó là cầu treo Thuận Phước (hình 1.8) tại TP. Đà Nẵng.
Cầu được thiết kế với quy mô khẩu độ lớn, hiện đại, mang tính thẩm mỹ cao.
Cầu có 2 trụ tháp cao 92m, cách nhau 405m, tĩnh thông thuyền 27m, kết cấu với
dầm hộp thép hợp kim suốt toàn bộ nhịp treo dài 650m, chế tạo bằng công nghệ
dầm tăng cứng theo tiêu chuẩn quốc tế.
Cây cầu được thi công theo kết cấu dây võng có chiều dài 1.856m (dài hơn
cầu Mỹ Thuận), rộng 18m cho 4 làn xe lưu thông, tải trọng 13 tấn với tổng kinh phí
xây dựng hơn 587 tỷ đồng. Đây là cây cầu hiện đại mang tính nghệ thuật cao, được
coi là một cầu treo có khẩu độ lớn nhất nước ta cho đến nay.
Phầnnhịp chính:
- Chiều dài nhịp: 120x405x120m - nhịp kỷ lục về cầu dây võng ở nước ta.
- Kết cấu dầm: dầm thép.
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 10
- Trụ tháp: kết cấu BTCT, cao 98m; móng cọc khoan nhồi D2500, sâu khoảng 64m.
- Mố neo cáp: giếng chìm.
Hình I.8. Phối cảnh cầu Thuận Phước
ELEVATION
MOÁ 1
MOÁ 2
SÔ ÑOÀ CAÀU THUAÄN PHÖÔÙC
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 11
1.2. Các đặc điểm cơ bản của cầu treo dây võng
1.2.1. Cấu tạo các bộ phận chính của cầu treo dây võng
Hình I.9.
Trong các dạng cấu tạo của cầu hiện nay trên thế giới, cầu treo là một trong
những loại cầu có cấu tạo tương đối phức tạp. Các bộ phận kết cấu chính trong cầu
treo dây võng được thể hiện trên hình 1.9 gồm :
• Trụ tháp; Dầm chủ; Khối neo; Cáp chủ; Cáp treo.

1.2.2. Trụ tháp cầu:
Trụ tháp có tác dụng giữ cáp chính ở độ cao cần thiết và tiếp nhận lực từ cáp
chính và truyền chúng đến nền móng. Các cầu hiện nay thường có tháp bằng bê tông
cổt thép. Tuy nhiên, cũng có tháp được làm bằng đá hoặc bằng thép. Tùy theo chiều
dài nhịp yêu cầu, tính phù hợp, mỹ quan mà có rất nhiều hình dạng trụ tháp khác
nhau. Một số hình dạng cơ bản của trụ tháp cầu được thể hiện ở hình 1.10
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 12
Bề rộng của cột trụ tháp theo phương dọc cầu thường chọn khoảng 1/20÷1/27
chiều cao cột trụ.
Trụ tháp có thể bằng thép hoặc bằng bêtông cốt thép.
+ Trụ tháp bằng bêtông cốt thép có kích thước lớn, thi công phức tạp nhưng
chi phí duy tu bảo dưỡng thấp và dễ tạo kiểu dáng kiến trúc hơn trụ tháp bằng thép.
+ Trụ tháp bằng thép có trọng lượng nhẹ, dễ thi công nhưng giá thành vật liệu
cao và yêu cầu duy tu bảo dưỡng khi khai thác cũng đòi hỏi cao hơn.
Một số hình dạng trụ tháp thông thường
Hình I.10. Tháp có dạng chữ A theo phương dọc cầu và cấu tạo vị trí tiếp xúc giũa
cáp chủ và đỉnh trụ tháp
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 13
1.2.3. Các dạng mặt cắt ngang dầm chính:
Dầm chính, có tác dụng đỡ phần mặt cầu và chịu trực tiếp tải trọng khai thác.
Dầm chính có thể có dạng các dầm hộp thép hay giàn thép và có hình dạng phù hợp
với các yêu cầu về khí động lực học (hình 1.11).
Tỷ số giữa chiều cao h của dầm và chiều dài L của nhịp phụ thuộc vào nhiều
yếu tố, thường được chọn như sau:
h = (1/80 ÷ 1/120).L
+ Nhịp càng lớn thì chọn tỷ số h/L càng nhỏ.
+ Khi h/L > 1/60, độ cứng của hệ lớn, ta có thể tính toán cầu treo theo sơ đồ
không biến dạng.

+ Khi h/L ≤ 1/60, độ cứng của hệ nhỏ, ta tính hệ như hệ dây.
Khi B/L ≥ 1/25, cầu ổn định với gió tốt hơn. Các cầu treo dành cho người đi
bộ do có bề rộng nhỏ nên thường bị lắc ngang lớn, dễ mất ổn định với gió.
Hệ dầm của cầu treo dây võng có thể là hệ dầm liên tục hoặc hệ dầm có khớp.
Hệ dàn thép
Hình I.11. Một số dạng mặt cắt ngang kết
cấu dầm chủ
Dầm hộp thép
Dầm hộp bê tông
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 14
1.2.4. Bộ phận neo cáp chủ:
Cáp chủ được thường được neo vào đất theo hai dạng:
- Neo vào đất nền bằng khối neo
Khối neo bao gồm: móng, khối neo, đai giữ, cáp neo dầm và hộp bảo vệ. Hệ
thống neo chia thành hệ thống neo trọng lực hoặc hệ thống hầm neo. Hệ thống neo
trọng lực sử dụng trọng lượng bản thân khối neo để cân bằng với lực kéo trong cáp
chủ. Hệ thống hầm neo truyền lực kéo từ cáp chủ trực tiếp vào đất nền.
- Neo vào dầm cứng:
Biện pháp neo này đơn giản, giảm được khối lượng công tác xây dựng mố neo
nhưng do cáp chủ được vào dầm cứng sẽ gây uốn dọc trong dầm cứng. Thông
thường người ta chỉ dùng biện pháp neo vào dầm cứng khi cầu có nhịp dưới 300m.
Hình I.12. - Khối neo cầu Verrazano Narrow
1.2.5. Cáp dùng cho dây võng
a. Cáp treo:
Bộ phận có tác dụng truyền lực từ dầm chính đến cáp chính. Cũng như cáp
chính, cáp treo thường được cấu tạo từ các tao cáp song song. Cáp treo thường được
bố trí theo phương thẳng đứng. Tuy nhiên, để tăng cứng theo phương dọc cũng có
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 15

cầu đã sử dụng cáp treo xiên.Cáp chủ thường được làm bằng các bó thép cường độ
cao hoặc bằng các thép tấm cường độ cao cấu tạo theo dạng dây xích.
Cáp treo thường làm bằng thép thanh hoặc dây cáp. Chiều dài dây treo nên
>1,5m. Cũng có thể chọn bằng 0 nhằm tăng độ cứng của cầu.
Khoảng cách giữa các dây treo thường khoảng 4÷6m, khoảng cách này phụ
thuộc khả năng chịu tải cục bộ của dầm cứng và điều kiện làm việc của cáp chủ.
Nối kiểu gối Nối kiểu bản chốt
Hình I.13. Một số kiểu liên kết giữa cáp chủ và dây treo
b. Cáp chủ:
Cáp chủ, là bộ phận chịu lực cơ bản có tác dụng truyền lực từ dầm chính đến
tháp và mố neo. Cáp chính trong các cầu hiện đại được cấu tạo ở dạng các bó cáp
song song. Các cầu phổ biến có hai mặt phẳng cáp chính song song với nhau. Tuy
nhiên cũng có cầu có cáp chính là đường cong trong không gian 3 chiều. Trong mặt
phẳng của mình, cáp chính có dạng đường cong parabol hay đường dây xích.
Hai đầu cáp chủ được liên kết với neo hoặc dầm cứng và được vắt qua đỉnh
trụ. Tùy theo kết cấu cổng trụ là loại trụ khớp hay trụ ngàm mà cáp chủ được bắt cố
định liên kết chặt với đỉnh trụ hay nằm trên gối con lăn trên đỉnh trụ.
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 16
Để cáp chủ chịu lực một cách hợp lý thường chọn đường tỷ lệ đường tên võng
của cáp chủ như sau:
- Tỉ lệ giữa đường tên võng f và chiều dài nhịp L thường nằm trong khoảng sau:
+ Hệ treo có một lớp dây nối với dầm cứng bằng các liên kết thẳng đứng:
f = (1/8 ÷ 1/12).L
+ Hệ treo có hai lớp dây nối với dầm cứng bằng các liên kết thẳng đứng:
f = (1/6 ÷ 1/8).L
Mũi tên võng tại ¼ nhịp giữa được lựa chọn theo điều kiện đảm bảo không
xuất hiện lực nén trong các dây:
f
1

= (1/7 ÷ 1/9).L/2 f
2
= (1/80 ÷ 1/150).L/2
Mũi tên võng của dây ở các nhịp biên được chọn như sau:
f
3
= (1/6 ÷ 1/8).L
1
f
4
= (1/90 ÷ 1/150).L
1
Các loại cáp thường dùng trong cầu treo dây võng Hình 1.14
(a) Các dạng bó sợi cáp
b) Tao cáp song song được bọc bởi ống PE
Hình I.14. Cấu tạo các bó cáp chủ
Một bó cáp của cầu treo dây võng
Cáp chủ cầu treo Great Belt
Hình I.15. Cấu tao một số bó cáp chủ thực tế
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 17
1.3. Phân loại cầu treo dây võng
1.3.1. Phân loại theo số lượng nhịp:
Cầu dây võng cũng như các loại cầu khác rất đa dạng về sơ đồ bố trí nhịp, sau
đây là các loại thông thường nhất hay được sử dụng:
Cầu dây võng 1 nhịp: trong đó hai tháp cầu được dựng trên hai mố; dầm chủ
một nhịp tựa lên hai gối cứng trên mố và các gối đàn hồi là các điểm neo của các
dây võng; từ đỉnh cáp dây neo được liên kết vào mố neo đặt sâu trong nền đường
(Cầu Chavanon (hình 1.10) – Pháp – 2000)
Hình I.16.

Cầu dây võng 3 nhịp: là một dầm liên tục tựa trên các gối cứng là mố và trụ
và các gối đàn hồi là các điểm neo của các dây võng; độ cứng của các gối đàn hồi
phụ thuộc vào các yếu tố: diện tích và chiều dài dây, góc nghiêng α của dây so với
phương ngang, độ cứng và liên kết của dây neo. (cầu Forth Road– Anh – 1964- hình
I.1).
Tỷ số giữa các nhịp trong hệ treo ba nhịp thường chọn như sau:
L
1
= (1/2 ÷ 1/4).L
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 18
L : chiều dài nhịp giữa.
L
1
: chiều dài nhịp biên.
Hình I.17. Cầu Forth Road
Cầu dây võng nhiều nhịp: sơ đồ này hay dùng trong trường hợp cầu bắc qua
biển nối từ đảo này qua đảo khác, địa hình, địa chất không phức tạp, để tránh xây
dựng nhịp quá lớn (Cầu Kurushima) - Nhật Bản -1999 Kaikyo- hình 1.18.
Hình I.18. Cầu Kurushima Kaikyo
1.3.2. Phân loại theo sự phân bố dây treo
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 19
Trong cầu dây võng có các sơ đồ bố trí dây treo cơ bản sau:
Sơ đồ dây treo thẳng đứng: các dây treo được bố trí theo phương thẳng đứng
song song với nhau, các dây được treo vào cáp chủ tạo thành các gối đàn hồi của
dầm liên tục. Đây là sơ đồ dây treo được áp dụng cho hầu hết các cầu treo dây võng
(Cầu Verrazano-Narrows–Mỹ 1964- hình 1.19-)
Hình I.19. Cầu Verrazano-Narrows
Sơ đồ dây treo chéo nhau: các dây treo được bố trí chéo góc với nhau và nối

với nhau tại một điểm trên cáp chủ và một điểm trên kết cấu nhịp tạo thành các gối
đàn hồi của dầm liên tục (Cầu Humber - hình 1.20 – Anh – 1981)
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 20
Hình I.20. Cầu Humber
Sơ đồ dây võng kết hợp với dây văng (hình 1.21) đây là sơ đồ kết hợp giữa
kết cấu dây võng và dây văng tạo thành hệ dây treo hỗn hợp.
Hình I.21. Sơ đồ dây treo kết hợp
1.3.3. Phân loại theo số mặt phẳng dây:
Trong cầu dây võng có các sơ đồ mặt phẳng dây như sau:
Sơ đồ 1 mặt phẳng dây: Cầu Konohana - Nhật Bản và Cầu Chavanon - Pháp
– hình I.22
Hình I.22. Cầu Konohana Cầu Chavanon
Sơ đồ 2 mặt phẳng dây : Cầu Akashi Kaikyo (hình 1.17)- Nhật – 1998 đây
là hình thái được sử dụng nhiều trong các cầu treo dây võng hiện nay.
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 21
Hình I.23. Cầu Akashi Kaikyo
Ngoài ra, khi mặt cắt ngang cầu đòi hỏi lớn có thể bố trí trên mặt cắt
ngang cầu 3 hoặc nhiều hơn số mặt phẳng dây cáp chủ.
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 22
CHƯƠNG 2. KẾT CẤU TRỤ THÁP TRONG CẦU
TREO DÂY VÕNG
2.1. Cấu tạo trụ tháp cầu:
Trụ tháp cầu thường bao gồm có ba loại : Tháp mềm, tháp cứng và tháp chân
khớp (hình 2.1). Tùy theo đặc điểm yêu cầu của từng loại kết cấu nhịp mà ta lựa
chọn loại trụ tháp thích hợp và có sơ đồ tính chính xác nhất.
- Tháp mềm thường dùng ở cầu treo nhịp lớn.
- Tháp cứng thường dùng ở cầu nhiều nhịp để cung cấp đủ độ cứng cho cầu.

- Tháp chân khớp thường dùng ở cầu treo nhịp ngắn.

Tháp cứng Tháp mềm Tháp chân khớp
Hình 2.1
Các loại kết cấu tháp chính : Theo phương ngang cầu, trụ tháp thường có dạng
dàn, dạng cổng hoặc dạng phối hợp giữa hai loại trên (hình 2.2).
Hình 2.2 Một số dạng trụ tháp cầu treo
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 23
Bề rộng của cột trụ tháp theo phương dọc cầu thường chọn khoảng 1/20÷1/27
chiều cao cột trụ.
Hình ảnh trụ tháp của một số cầu trên thế giới (hình 2.3)
Trụ tháp cầu Akashi Kaikyo
Trụ tháp cầu Forth Road
Trụ tháp cầu Golden Gate
Trụ tháp cầu Jiangyin
Trụ tháp cầu Great Belt
Trụ tháp cầu Tamar
Hình 3.3 Một số trụ tháp cầu treo dây võng
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 24
2.2. Phân tích kết cấu trụ tháp:
Sơ đồ tính toán trụ tháp là sơ đồ chịu tải trọng thẳng đứng một đầu ngàm, tải
trọng tác dụng là thành phần thẳng đứng của hợp lực cáp chủ - dây treo. (Hình 3.4)
Lực nén trong trụ tháp N=H(tanΦa+ tanΦm)
+ Φa, Φm: lần lượt là các góc xiên giữa cáp chủ với phương ngang của cáp
chủ nhịp biên và cáp chủ nhịp giữa.
+ H: lực ngang gây ra do cáp chủ - cáp treo.
+ N lực nén trong thân trụ tháp
Tm

Ta
H
H
N
Hình 3.4
Phân tích không gian của tháp chính:
Birdsall đã đề xuất phương pháp nghiên cứu trạng thái làm việc của tháp chính
theo hướng dọc cầu. Lý thuyết Birdsall dựa trên cơ sở phương trình cân bằng về lực
thẳng đứng và lực nằm ngang từ cáp hoạt động trên đỉnh tháp. Sơ đồ tính cho tháp
được xác định là cột với mặt cắt thay đổi, như hình 3.5. Tải trọng nằm ngang (F)
gây ra bởi tác dụng của tải trọng thẳng đứng (R), phát sinh trên đỉnh tháp và chuyển
vị ngang (∆) được xác định nhờ sử dụng lý thuyết tính toán hệ treo theo sơ đồ biến
dạng tổng quát của Steinman.
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 25
F: Tải trọng ngang trên trụ tháp
R: Tải trọng thẳng đứng trên đỉnh trụ tháp
E: Độ lệch tâm của R so với đường tâm của đỉnh
trụ tháp
D: biến dạng của đỉnh tháp
W
0
, W
1
, …W
r-1
: các thành phần trọng lượng tháp
R
s
, R

m
: phản lực ở cao độ xe chạy của tháp (do
dầm cứng truyền tới
Hình 3.5 Phân tích mô hình cáp chính
2.3. Thi công trụ tháp :
Trong thực tế thi công cầu hiện nay, chất lượng công trình phụ thuộc rất nhiều
vào công nghệ thi công. Trong cầu treo dây võng việc thi công trụ tháp chính là
công đoạn phức tạp và khó khăn nhất. Với cấu tạo móng phải thật vững chắc để chịu
phần lớn tải trọng của cầu do cáp chủ truyền vào do đó thông thường trụ tháp có kết
cấu rất lớn so với các bộ phận khác của cầu.
Một số công nghệ thi công móng, trụ tháp và kết cấu nhịp trên thế giới đã
được sử dụng: (Hình 3.6)
HVTH: VŨ TRÍ THẮNG GVHD: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN