giới thiệu ý tưởng thiết kế cầu dây văng nhịp cong

Cầu Hầm


KSTK * số 4 - 2004
35
Giới thiệu ý tởng thiết kế cầu dây văng nhịp cong
KS. Đỗ Minh Dũng
Tổng Công ty T vấn thiết kế GTVT
Dịch từ An Innovative Curved Cable-Stayed Bridge Structural and Seismic DesignBy
Abolhassan Astaneh-Asl, Ph.D., P.E. (Principal Investigator);
Sung-Wook Cho and Mahmoud Hachem, Formerly Graduate Students Department of
Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley;
The architectural design by R. Gary Black, Professor of Architecture, UC-Berkeley

Giới thiệu
Bài viết này giới thiệu một trong số các ý
tởng thiết kế một cây cầu mới thay thế cầu
Bay phía Đông (East Bay Crossing) thuộc
tuyến cầu qua vịnh San Francisco-Oakland
(San Francisco-Oakland Bay Bridge -
SFOBB). Điểm táo bạo của ý tởng mà
nhóm nghiên cứu thiết kế đa ra đó là
phơng án kết cấu cầu dây văng một mặt
phẳng dây với dầm cong và tháp cầu dạng
một cột nghiêng đặt lệch trên phơng ngang.
Mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu có dạng dầm
hộp thép có các vách ngăn (multi-cell steel
box girder) và mặt cầu bê tông liên hợp. Cột
tháp cầu bằng thép có mặt cắt dạng nhiều

khoang, trong đó, khoang lõi đợc dành cho
thang máy và cầu thang bộ, các khoang phía
ngoài đợc lấp đầy bằng bê tông cờng độ
cao tạo ra sự làm việc liên hợp, đảm bảo khả
năng chịu tải và độ cứng của cột tháp. Móng
cột tháp là móng nông đặt vào tầng đá gốc.
Để thiết kế và mô phỏng sự làm việc của kết
cấu dới tác dụng của động đất, nhóm
nghiên cứu thiết kế cũng đã tiến hành các
tính toán theo thời gian phi đàn hồi.
Bài viết cũng giới thiệu các vấn đề có
liên quan đến thiết kế kiến trúc, địa chấn, địa
kỹ thuật và thiết kế kết cấu, đồng thời cũng
đề cập đến thiết kế chống động đất và sự
đáp ứng động đất của cầu dây văng nhịp
cong.
Tóm tắt quá trình thiết kế
phơng án
Vào năm 1989, trận động đất Loma
Prieta đã gây ra các h hại lớn đến các
công trình và các cơ sở dịch vụ giao thông
dân dụng ở miền Bắc bang California (Mỹ).
Trận động đất cũng đã làm sụp đổ một
đoạn mặt cầu dài 17m (50ft) của cầu Bay
phía Đông (East Bay Crossing), dẫn đến
việc cầu không thể khai thác trong thời
gian một tháng để khôi phục, sửa chữa.
Tuyến cầu qua vịnh San Francisco-
Oakland gồm hai cầu: East Bay và West
Bay. Vị trí của hai cầu trên tuyến đợc thể

hiện trên hình 1. Cầu East Bay hiện tại dài
khoảng 2743.2m (9000ft) nối đảo Yerba
Beuna với bờ phía Đông của vịnh San
Francisco.



Cầu Hầm


KSTK * số 4 - 2004
36
Sau trận động đất, một nhóm các nhà
nghiên cứu của trờng Đại học tổng hợp
California, Berkeley đứng đầu là ông A.
Astaneh-Asl, đã tiến hành một nghiên cứu về
động đất đối với cầu East Bay. Nghiên cứu
đã xác định khu vực có khả năng nhạy cảm
động đất và kiến nghị chiến lợc gia cờng
chống động đất. Sau đó, Sở giao thông
California (California Department of
Transportation - Caltrans) đã tiến hành thiết
kế trong phòng một biện pháp gia cờng đối
với cầu East Bay. Đầu năm 1997, bang
California, Chủ đầu t và khai thác cầu, đã
công bố việc gia cờng chống động đất của
các nhịp cầu East Bay sẽ tốn khoảng 900
triệu đô la. Chính quyền bang cũng công bố
kế hoạch thay thế một cầu mới với chi phí
vào khoảng 1 tỷ đô la. Cầu xây mới sẽ có kết

cầu dầm hộp bê tông cốt thép thông dụng
đặt trên các trụ nạng chống dạng chữ T (Tee
bents).
Để xem xét các vấn đề liên quan đến
việc gia cờng hay thay thế cầu và cũng để
khuyến nghị cho chính quyền bang về dạng
kết cấu nhịp cầu xây mới, một nhóm nghiên
cứu thiết kế cầu East Bay (Bay Bridge
Design Task Force) đã đợc thành lập. Các
thành viên của nhóm chủ yếu đợc lựa chọn
từ các công chức và các nhà lập chính sách
giao thông của bang. Nhóm nghiên cứu thiết
kế sau đó cũng đã thành lập một ban cố vấn
thiết kế công trình (Engineering and Design
Advisory Panel - EDAP) để hỗ trợ cho nhóm
nghiên cứu thiết kế trong việc đề xuất thiết
kế cho nhịp phía Đông của cầu Bay. EDAP
đã khởi thảo và ban hành Các chỉ tiêu thiết
kế (Design Criteria) áp dụng cho việc thiết kế
mới cầu East Bay. Kết cấu nhịp cầu đợc đề
cập ở đây là một trong số các thiết kế đợc
đề xuất và đợc thể hiện trên các hình vẽ 2,3
và 4. Đây là các hình vẽ đợc mô phỏng
bằng kỹ thuật số.

Các vấn đề về địa kỹ thuật, địa chấn và
môi trờng khu vực cầu đuợc đề cập trong
các phần dới đây.

Hình 1. Cầu West Bay và East Bay hiện tại

Hình 2. Phơng án cầu East Bay
Thiết kế kiến trúc của phơng
án cầu đề xuất
Việc lựa chọn dạng kết cấu dây văng
có cột tháp đơn nhằm đảm bảo sự thống
nhất và tôn trọng kiến trúc của các cầu
Cổng Vàng (Golden Gate) và cầu Bay phía
Tây (West Bay Crossing) trong tổng thể
tuyến cầu San Francisco-Oakland Bay.
Đồng thời, cây cầu cũng là một công trình
kỷ niệm và có vai trò nh là cửa ngõ
Oakland và các thành phố khác của vịnh
phía Đông. Do vậy, cây cầu phải có sự
khác biệt với các cây cầu hiện hữu nh là
một mốc chuyển thiên niên kỷ tơng tự nh
cầu Golden Gate và cầu West Bay trên
tuyến cầu Bay Bridge là những điểm mốc
của thế kỷ 20.


Cầu Hầm


KSTK * số 4 - 2004
37

Hình 3. Phơng án cầu đề xuất
nhìn từ phía Tây Bắc

Hình 4. Phơng án cầu đề xuất nhìn từ phía Tây
Kết cấu nhịp cong đợc treo trên các
cáp văng, cột tháp nghiêng để tạo cân
bằng xét cả trên phơng diện kết cấu lẫn
cảnh quan - về lực với trọng lợng của mặt
cầu và hoạt tải xe chạy. Phơng án kết cấu
của cầu xuất phát từ ý tởng nhịp treo của
các cầu Golden Gate và West Bay và phát
triển trên cở sở thay đổi các kích thớc hình
học. Tại các cầu này, việc bố trí cáp trên hai
phơng để đỡ kết cấu nhịp và truyền lực
xuống móng trụ tháp và mố neo. Theo
phơng án cầu cong, cáp tạo lực căng kéo
theo ba phơng đỡ kết cấu nhịp, truyền lực
xuống tháp và nhịp neo - đóng vai trò nh là
dây néo trên mặt cầu. Kiến trúc cột tháp thể
hiện chính xác những diễn biến lực về mặt
kết cấu.
Mặt cầu có bố trí phần đờng cho xe
đạp và ngời đi đợc cách biệt với phần
đờng cho làn xe cơ giới bằng gờ chắn và
lan can bảo vệ.

Thiết kế kết cấu và dộng đất
Địa hình khu vực
Tại khu vực cầu, bề mặt đá gốc nằm sâu
khoảng 120.0m (400ft) dới mặt nớc. Phía
trên lớp đá gốc là lớp đất bồi tích dày từ
90ữ120.0m (300 to 400 ft) và trên cùng là
lớp bùn vịnh(Bay Mud). Chiều sâu của lớp

bùn này thay đổi đáng kể trong khu vực
cầu.

Vấn đề địa chấn
Vị trí cầu mới (xem hình 5) nằm giữa
hai đứt gẫy hoạt động nhất của vùng Bắc
California: đứt gẫy Hayward và San
Andreas. Trong trận động đất Loma Prieta,
A. Astaneh-Asl và các cộng sự (1992) đã
tiến hành một nghiên cứu toàn diện về tính
nhạy cảm động đất của cầu East Bay hiện
tại. Thuộc số các nghiên cứu này, vấn đề
động đất của khu vực cũng nh hoạt động
của các đứt gãy Hayward và San Andreas
cũng đã đợc Bolt và Gregor xem
xét(1993). Kết quả nghiên cứu đã cho thấy
phát triển vận động nền đất của tổng thể
khu vực. Hình 6 thể hiện phổ hởng ứng gia
tốc để tạo diễn biến gia tốc theo thời gian
áp dụng trong thiết kế tính toán và phân
tích phi đàn hồi của phơng án cầu đề
xuất.

Cờng độ vận động nền đất tại đảo
Yerba Beuna Island chỉ xuất hiện trong
phạm vi chu kỳ rất ngắn là 0.5 giây, do thực
tế là đảo Yerba Beuna Island là một khu
vực xuất lộ đá. Chính vì vậy, vị trí đặt cột
tháp trong thiết kế phơng án cầu đề xuấ
đợc lựa chọn đặt trên đảo Yerba Beuna.

Cũng vì lý do đó, trên suốt chiều dài cầu
East Bay, phơng án đề xuất cũng chỉ thiết
kế một cột tháp đặt tại đảo này, nơi chiều
sâu lớp đá gốc là hợp lý xét về góc độ kinh
tế.


Hình 5. Khu vực vịnh và các đứt gãy chính


Cầu Hầm


KSTK * số 4 - 2004
38

Hình 6. Phổ dùng để xác định diễn biến gia tốc
Việc nghiên cứu các tuyến cầu khác
nhau đã đợc tiến hành. Nếu lựa chọn một
tuyến cầu thẳng, nhịp chính của cầu sẽ nằm
đúng vị trí lòng kênh bùn đợc tạo ra từ thời
tiền băng giá. Con kênh này có tên là
Temescal thuộc vùng East Bay. Một trong số
các lý do lựa chọn tuyến cầu cong là ý định
tạo một vành chắn đối với kênh Temescal
Young Bay và hơn nữa để cầu đợc tựa trên
một địa tầng vững chắc hơn. Một số u điểm
nữa của phơng án cầu cong đó là tính mỹ
quan và ổn định của kết cấu và chiều dài
cầu ngắn hơn, đồng thời ít ảnh hởng tới môi

trờng hơn. Vị ttí cầu đề xuất nằm ở rìa phải
của đảơ Yerba Beuna Island (hình 7). Các
tuyến cầu hiện tại, tuyến cầu thay thế do
Caltrans đa ra và tuyến cầu cong đề xuất
đợc thể hiện trên hình 8.

Hình 7. Đảo Yerba Beuna và vị trí cầu

Hình 8. Các phơng án tuyến
Kết cấu nhịp chính
Vị trí cầu đề xuất và phần nhịp treo của của
cầu Bay thể hiện tại hình 2. Phơng án cầu
(Hình 3, 4, 9 và 10) gồm hai phần:
(i) kết cấu nhịp dây văng cong bằng thép
dài 548.64m (1,800ft) đặt trên đảo
Yerba Beuna với cột tháp cầu đơn
bằng thép cao, bề rộng cầu đủ để bố
trí 10 làn xe (5 làn cho mỗi hớng); và
(ii) tuyến cầu dẫn dài khoảng 2590m
(8,500ft) nối cầu chính với trạm thu phí
đặt phía bờ Oakland.
Việc lựa chọn thép là vật liệu chính của
cầu có các u điểm sau đây:
- Tính dẻo của thép cho phép các thiết
kế kết cấu nhịp cong và tháp nghiêng
tạo dáng thanh mảnh và sự làm việc ổn
định về mặt kết cấu và chống động đất.
- Kết cấu nhịp cong cũng rút ngắn đợc
chiều dài nhịp, giảm chi phí thi công,
duy tu bảo dỡng, chi phí nhiên liệu và

thời gian thông qua trong suốt 150 năm
khai thác cầu. Chiều dài cầu ngắn cũng
giảm nhẹ các ảnh hởng xấu tới môi
trờng khu vực vịnh.
Trọng lợng kết cấu nhẹ, chỉ vào khoảng
50% so với kết cấu bê tông, cho phép giảm
chi phí xây dựng cũng nh là giảm ứng lực
do dộng đất trong kết cấu.
Vật liệu thép chịu đợc các điều kiện thời
tiết khắc nghiệt, sử dụng cho phơng án
cầu đề xuất, chống đợc ăn mòn và giảm
chi phí cho việc sơn cầu. Việc sơn phủ bề
mặt phía ngoài kết cấu, nhằm mục đích tạo
mỹ quan công trình, cũng phải có độ bền
tối thiểu 40 năm và có thể dài hơn trong
môi trờng của vịnh East Bay.



Cầu Hầm


KSTK * số 4 - 2004
39

Hình 9. Mô hình tính toán cầu

Hình 10. Mô hình phân tích kết cấu cầu.
Kết cấu móng
Bằng việc đặt móng cột tháp cầu trên

nền đá gốc của đảo Yerba Beuna Island,
kích thớc móng đã đợc đợc giảm thiểu.
Thêm nữa, lực động đất truyền tới kết cấu
nhịp thông qua cột tháp cũng giảm đáng kể
so với lực truyền từ kết cấu giếng chìm và
móng cọc. Trong bớc thiết kế ý tởng này,
móng cầu dự kiến đợc đào trần trong đá
sau khi thi công phần đáy móng các khoang
của hệ móng sẽ đợc lấp đầy bằng bê tông
có bố trí các cốt thép cục bộ, nếu cần. Hệ
móng là các khoang thép dợc lấp đầy bằng
bê tông. Các khoang thép đợc nhô lên trên
đỉnh móng và là bệ trụ của cột tháp. Khối cột
tháp đầu tiên sẽ đợc nối với phần chờ sẵn
này và các phần tiếp theo của cột tháp sẽ
đợc tiếp tục thi công lên phia trên.
Cột tháp nghiêng
Trong bớc thiết kế ý tởng này, cột
tháp dự kiến dùng loại bê tông cốt thép liên
hợp. Mặt cắt ngang cột tháp là những
khoang thép lấp đầy bằng bê tông có chừa vị
trí lõi tháp cho các thiết bị phục vụ khai
thác và thang máy. Phía chịu kéo, mặt cắt
của tháp thu nhỏ và bố trí nhiều thép hơn
phía chịu nén có mặt cắt rộng hơn để khai
thác khả năng chịu nén của bê tông.

Trụ biên nhịp chính dây văng dạng nạng
chống

Trụ biên nhịp chính dây văng dự kiến dùng
dạng nạng chống chữ U.

Bố trí gối
Gối trụ biên đợc bố trí cho phép
chuyển vị tự do theo phơng dọc (tiếp
tuyến với đờng cong) và không cho phép
chuyển vị trên phơng ngang (bán kính
đờng cong). Gối cầu cho phép chuyển vị
xoay theo cả hai phơng đứng và ngang.
Ngoài ra, tại trụ biên có bố trí kết cấu neo
hệ dầm mặt cầu xuống đỉnh trụ. Mục đích
của việc neo giữ là để chống chuyển vị
xoắn tại trụ biên. Trong trờng hợp các tính
toán chi tiết hơn cho thấy cần thiết phải bố
trí giảm chấn, các thiết bị này sẽ đợc bố trí
để khắc phục chuyển vị trên phơng dọc.
Tại vị trí cột tháp có bố trí gối cầu cố
định theo cả hai phơng dọc và ngang
nhng cho phép chuyển vị xoay trên hai
phơng đứng và ngang. Tơng tự trụ biên,
tại trụ tháp cũng bố trí hệ neo giữ nhịp cầu
xuống trụ.

Kết cấu nhịp cầu
Kết cấu nhịp đề xuất bằng thép mặt
cắt ngang dạng hộp thép có nhiều vách
ngăn và bố trí cong trên phơng ngang,
đợc đỡ bằng các cáp văng neo vào cột
tháp nghiêng (hình 5 và 6). Mặt cầu xe

chạy bằng bê tông cốt thép nhẹ đỡ bởi các
dầm dọc phụ và các dầm ngang. Tại phần
giữa hộp, phần bản bê tông nhẹ đợc cấu
tạo liên hợp với bản thép. Ngoài phạm vi
đó, bản bê tông nhẹ đợc cấu tạo liên hợp
trực tiếp với thành hộp và bản đáy hộp
thép. Việc bố trí gối cầu đã đợc đề cập ở
trên.



Cầu Hầm


KSTK * số 4 - 2004
40
Khe co dãn
Khe co dãn đợc bố trí tại hai trụ biên
của nhịp dây văng. Đối với phần cầu dẫn, tuỳ
thuộc thiết kế cuối cùng của kết cấu nhịp, có
thể bố trí các khe co đãn, nếu cần.

Cáp văng
Cáp văng của cầu là loại có đờng kính
0.6" mạ kẽm và bọc HDPE. Để khống chế
hiện tợng dao động của cáp dới tác dụng
động học gió, các giảm chấn bằng cao su
hoặc thuỷ lực sẽ đợc lắp đặt tại vị trí neo
mặt cầu, nếu cần. Do yêu cầu kiến trúc
không xem, xét bố trí các cáp néo phụ.

Vật liệu thép
Thép dùng cho cầu là loại thép có khả
năng chịu những điều kiện khắc nghiệt (high-
performance weathering steel). Loại thép
này đã đợc sử dụng thành công ở Mỹ và ở
bang California nói riêng từ những năm
1960. Loại thép này có đặc tính cơ bản là
không cần sơn phủ. Tuy nhiên, nếu do yêu
cầu về mỹ quan, loại sơn có độ bền 40 năm
sẽ đợc sử dụng và tính vào chi phí công
trình. Loại thép này cũng có cờng độ chịu
lực cao hơn các loại thép thông thờng khác
và điều quan trọng hơn là nó có tính dẻo cao
hơn. Cờng độ cao hơn cũng là có nghĩa là
hiệu quả kinh tế cao hơn và tính dẻo cao
cũng dẫn tới sự làm việc của kết cấu tốt hơn
nhiều dới tác dụng của lực động đất.
Thiết kế kết cầu và chống động đất
Cầu đợc thiết kế chịu đợc tác động
của tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng nhiệt độ thay
đổi và tải trọng động đất có cờng độ phá
hoại tới 7.3 của đứt gẫy Hayward gần đó. Tổ
hợp tải trọng đợc xét đến trong thiết kế bao
gồm:
(a) tĩnh tải, hoạt tải theo AASHTO-LRFD, và;
(b) tĩnh tải, hoạt tải và vận động nền đất do
động đất của đứt gẫy Hayward.
Tải trọng gió không đợc xét đến trong
các tổ hợp tải trọng thiết kế với lý do khu vực

gần hai đứt gẫy này, tổ hợp tải trọng động
đất là tổ hợp khống chế đối với toàn bộ hệ
thống kết cấu cầu. Tuy nhiên, các tác động
cục bộ do gió có ảnh hởng đến hình dạng
kết cấu nhịp cũng nh dao động của dây
văng sẽ đợc xem xét tính toán. Do dạng
kiến trúc kết cấu mới, trong giai đoạn thiết
kế chi tiêt cần tiến hành thí nghiệm hầm
gió.
Các tính toán tĩnh và động học kết cấu
đã cho thấy sự làm việc của kết cấu nhịp
cong dây văng là ổn định và có thể khống
chế đợc dới tác dụng của trọng lực, tải
trọng gió, động đất và các tác động tổ hợp
của các tải trọng này. Các tác động do gió
(flutter và vortex shedding) theo tính toán là
không lớn. Có đợc kết quả này là nhờ hình
dạng khí động học của mặt cắt ngang dầm
hộp thép (hình 6) và kết cấu cong đợc có
gối đỡ dạng kiềng ba chân (tripod).
Hình 11 thể hiện ứng suất tại bản trên
hộp thép do trọng lực. Trong thiết kế hệ
mặt cầu, tất cả các vị trí đặt hoạt tải đã
đợc xem xét. Do trên cầu có hoạt tải rất
lớn, hơn 280,000 xe/ngày, có rất nhiều kịch
bản kẹt xe trên các làn khác nhau. Vì vậy,
có thể cần tiến hành các tính toán kết cấu
cầu trong trờng hợp đầy tải, nhng các
hoạt tải cục bộ đợc bố trí trong trờng hợp
gây ra ứng lực xoắn và mô men uốn lớn

nhất. Các tính toán đã cho thấy khi hoạt tải
đợc chất trên tất cả các làn phía Tây (nửa
phần trên của nhịp cong) và không có hoạt
tải trên các làn phía Đông (nửa phần dới
của nhịp cong) ứng lực trong kết cấu là lớn
nhất. Hình 11 thể hiện ứng suất trong
trờng hợp chất tải này. ứng suất tổ hợp
không vợt quá ứng suất chảy của thép kết
cấu là 480 MPa (70 ksi).

Hình 11. ứng suất bản trên dầm hộp thép
do trọng lực


Cầu Hầm


KSTK * số 4 - 2004
41

Hình 12. Bốn dạng dao động dầu của kết cấu
Tổ hợp tĩnh tải và hoạt tải đề cập ở phần
trên đợc xét đến trong các tính toán động
đất. Các tính toán này đợc tiến hành thông
qua mô hình đàn hồi của nhịp chính cũng
nh 3 nhịp dẫn phía đờng đắp và kích thích
dao động trên ba phơng (three components
of base excitations). Trong mô hình tính toán
của dầm hộp, hệ mặt cầu gồm các bản thép,
mặt cầu bê tông và đợc mô hình hoá nh là

các phần tử vỏ mỏng (shell elements), và
các sờn tăng cờng cứng cho phần tử vỏ
mỏng là các phần tử dầm-cột. Kết cấu móng,
đợc đặt trong đá gốc đợc mô hình hoá nh
là liên kết ngàm. Tuy nhiên, sau khi có các
số liệu địa chất, trong các tính toán chi tiết
dựa trên các tính chất tĩnh và động học của
đá, đặc biệt tại vị trí cột tháp, cần nghiên cứu
kỹ hơn về tơng tác giữa móng và đất nền để
có đợc các trị số độ cứng và ma trận đàn
hồi dùng cho việc mô hình hoá móng trụ
tháp. Hình 12 thể hiện bốn dạng dao động
đầu của kết cấu nhịp cầu cong dây văng.
Dạng dao động lớn là dạng 3, chủ yếu là dao
động dọc. Dạng 4 là dạng bất lợi thứ hai.
Dạng dao động này chủ yếu theo phơng
ngang (phơng bán kính của đờng cong).
Chuyển vị của đỉnh tháp theo phơng x - dọc
và y - ngang đợc thể hiện trên hình 13.

Hình 13. Quỹ đạo chuyển vị của chân
và đỉnh tháp
Tỉ lệ độ lệch lớn nhất (chuyển động
ngang/chiều cao) tại đỉnh tháp vào khoảng
1.45%. Lực ngang tại mố đợc thể hiện
trên hình 14.

Hình 14. Diễn biến lực tại mố theo thời gian
Trình tự thi công
Một trong những vấn đề đợc quan

tâm xem xét trong khi thiết kế cầu nhịp lớn
đó là trình tự thi công. Trình tự thi công của
kết cấu nhịp cầu cong đợc thể hiện trên
hình 15. Sau khi đào móng cột tháp tại đảo
Yerba Beuna, tiến hành thi công bệ móng
bê tông cốt thép. Bớc tiếp theo là lắp đặt
các khối cột tháp chế tạo sẵn. Các khối này
là các đoạn hộp thép đợc lắp ghép với
nhau bằng bu lông tại hiện trờng. Cùng
với việc thi công cột tháp lên cao, các khối
dầm mặt cầu cũng đợc lắp dựng đồng thời
về hai phía của tháp. Các khôi dầm sẽ
đợc neo giứ vào cột tháp bằng các dây
văng. Điều chính yếu là quá trình thi công
tháp và dầm phải đồng bộ sao cho khi
phần trên cùng của tháp đợc lắp dựng thì
các khối dầm cuối cùng ở hai phía nhịp
cũng đợc thi công xong. Cùng với việc thi
công lắp dựng cột tháp và dầm, công tác
thi công mặt cầu bê tông cũng đợc tiến
hành dần ra hai phía từ cột tháp. Cũng
trong thời gian đó, bê tông cũng đợc bơm
vào các khoang phía ngoài của thân cột
tháp. Công việc cuối cùng là điều chỉnh cáp
dây văng để có đợc độ vồng yêu cầu của
nhịp.

CÇu – HÇm

KSTK * sè 4 - 2004

42


Cầu Hầm


KSTK * số 4 - 2004

43
Thay cho lời kết
Kết cấu nhịp cong dây văng giới thiệu ở đây
có các đặc điểm sau:
(i) Nhịp chính đề xuất là kết cấu cong dây
văng có cột tháp nghiêng đặt tại vị trí
đỉnh đờng cong. Độ nghiêng của cột
tháp và bán kính đờng cong đợc tính
toán đảm bảo dới tác dụng của trọng
lực, trọng tâm của toàn bộ kết cấu nhịp
chính đi qua tim móng cột tháp, tạo ra
sự cân bằng ổn định của cầu.
(ii) Tháp nghiêng đóng vai trò nh là một
khối cân bằng đa trọng tâm của toàn
bộ cầu xuống móng cột tháp. Do vậy,
dới tác dụng của trọng lực, kết cấu nhịp
ở trạng thái cân bằng ổn định.
(iii) Do kết cấu nhịp cong, các dạng dao
động khống chế khác biệt khá lớn với
các cầu có nhịp thẳng khác. Dạng dao

động xoắn không khống chế đối với kết
cấu nhịp cầu dạng cong này. Nguyên
nhân là ở chỗ, hệ mặt cầu cong là một
kết cấu 3 chiều đợc đỡ tại 3 vị trí: cột
tháp, và hai trụ biên. Do vậy, kết cấu
làm việc nh là một kiềng 3 chân dới
tác dụng của các tải trọng động và khá
ổn định dới tác dụng của dao động
xoắn.
(iv) Sự làm việc của kết cấu cầu dới tác
dụng của động đất với cờng độ 7.3,
chủ yếu ở trạng thái đàn hồi. Vận động
của đất nền áp dụng trong tính toán
đợc mô phỏng động đất lớn nhất
(Maximum Credible Earthquakes) bắt
nguồn từ đứt gẫy Hayward ở gần đó
khi nó hoạt động.
(v) Trình tự thi công cầu cũng đã đợc
nghiên cứu xem xét và đề xuất. Theo
trình tự này, sau khi thi công xong
móng cột tháp kết cấu nhịp cầu sẽ
đợc mọc ra từ móng, không gây xáo
trộn đến môi trờng cảnh quan của
khu vực đảo Yerba Beuna, nơi đặt cột
tháp.

Tham khảo

AASHTO. (1994). "AASHTO LRFD bridge design specification". American Association of State Highway and Transportation
Officials.

AASHTO. (1999). "AASHTO LRFD bridge design specification". American Association of State Highway and Transportation
Officials.

Astaneh-Asl, A., Bertero, V., Bolt, B., Mahin, S., Moehle, J. and Seed, R. (1989). "Preliminary report on the seismological and
engineering aspects of the October 17, 1989 Santa Cruz (Loma Prieta) earthquake', Report, UCB/EERC -89/14, Univ. of
California, Berkeley.

Astaneh-Asl, A. (1990). "Damage to San Francisco Oakland Bay Bridge" Report to the Governor's Board of Inquiry on Loma
Prieta Earthquake, Dept. of Civil and Env. Engrg., Univ. of California, Berkeley.

Astaneh-Asl, A. (1992a). "Seismic studies of the San Francisco-Oakland Bay Bridge." Proc., 10th World Conf. on Earthquake
Engrg., Association Espaủola de Ingenierớa Sớsmica, Madrid, Spain.

Astaneh-Asl, A.(1992b). "Seismic retrofit concepts for the Bay Bridge." Report to California Dept. of Transportation, Dept. of
Civil and Env. Engrg., University of California, Berkeley.

Astaneh-Asl, A. (1994). "Seismic retrofit concepts for the East Bay Crossing of the San Francisco-Oakland Bay bridge." Proc.,,
Fifth US National Conf. On Earthquake Engrg. Earthquake Engineering Research Institute, Chicago, Illinois.
Astaneh-Asl, A. (2001) " Seismic retrofit concepts for the east spans of the San Francisco Bay bridge", Proc. Structural Faults
and Repair-2001, Commonwealth Institute, London.
Astaneh-Asl, A., McMullin, K., Wang, K., and Suharwardi, i. (1993). "Seismic condition assessment of the East Bay crossing
of the San Francisco-Oakland Bay Bridge, Volume 6: Three-dimensional elastic time-history dynamic analyses." Report No.
UCB/CEE- Steel- 93/08, Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley.
Astaneh-Asl, A. (1997). "The steel curved cable-stayed bridge designs: 1. The sloped tower design and; 2. The vertical tower
design." Report No. UCB/CEE-Steel- 97/05, Department of Civil and Environmental Engineering University of California,
Berkeley.

Astaneh-Asl, A. and Ravat, S. (1998). "Cyclic behavior and seismic design of steel H-piles." Report No. UCB/CEE-Steel-
98/01, Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley, May.

V nhiu ti liu khỏc.