Nghiên cứu khoa học: ẢNH HƯỞNG CỦA SƠ ĐỒ DÂY TREO ĐẾN ỨNG XỬ KẾT CẤU CỦA CẦU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM VÀ CẦU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG
5
1.1. TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM

Lịch sử phát triển
Các dạng vòm cơ bản
1.2. CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CẦU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG

Hệ dầm mặt cầu
Vành vòm
Chân vòm
Hệ giằng trên
Dây treo
CHƯƠNG 2 : TÌNH HÌNH ÁP DỤNG KẾT CẤU CẦU VÒM THÉP CÓ THANH
CĂNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 11
2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU THÉP

2.2. KẾT CẤU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG ÁP DỤNG TRÊN THẾ GIỚI

Cầu vòm dây treo kiểu cơ bản
Cầu vòm dây treo có thanh căng kiểu cơ bản
Cầu vòm dây treo có thanh căng là dầm cứng
Cầu vòm nielsen
Cầu vòm dây treo dạng lưới (Network Arch Bridge)
Cầu vòm dây treo dạng lưới Nhật Bản (Japanese Style Network Arch)
2.3. KẾT CẤU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM

CHƯƠNG 3 :NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SƠ ĐỒ DÂY TREO ĐẾN ỨNG XỬ
KẾT CẤU CỦA CẦU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG 13
3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Số liệu dùng khảo sát
Các chỉ tiêu đánh giá
3.2. MÔ HÌNH HÓA TÍNH TOÁN KẾT CẤU

3.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH

Lực tới hạn trong dầm chủ
Ổn định tổng thể
3.4. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Thanh căng
Bảng tổng hợp kết quả
Ổn định tổng thể
3.5. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ

Nhận xét kết quả:
Đánh giá:
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cầu vòm dây treo xiên là loại kết cấu có tính thẩm mỹ cao, vượt được
nhịp tương đối lớn. Loại cầu này cũng đã được xây dựng tại nhiều nước trên
thế giới với kiểu dáng phong phú. Để có cơ sở lựa chọn kiểu sơ đồ cầu loại
này cần phải có những đánh giá chi tiết về các kiểu sơ đồ cầu vòm có sơ đồ
bố trí dây khác nữa như là dây treo thẳng đứng hoặc các sơ đồ dây hướng tâm
không cắt nhau. Sơ đồ bố trí dây treo ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử kết cấu,
quyết định đến nội lực và biến đổi nội lực bên trong các bộ phận kết cấu
Hiện nay, ở Việt Nam một số công trình cầu vòm thép có thanh căng
đang trong quá trình thi công như cầu Bình Lợi, cầu Mỹ Lợi. Tuy nhiên dạng
kết cấu này hiện chưa được áp dụng rộng rãi, chưa có các chỉ dẫn kĩ thuật

cũng như quy trình thiết kế, thi công chi tiết áp dụng cho điều kiện Việt
nam…Nhu cầu xây dựng các công trình cầu nhịp trung bình, trọng lượng kết
cấu nhẹ, thời gian thi công nhanh, kiến trúc thẩm mỹ đẹp trong thời gian sắp
tới đặt ra yêu cầu nghiên cứu chuyên sâu và toàn diện, trên các mặt lý thuyết
cũng như thực nghiệm đối với loại hình kết cấu này.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của sơ đồ dây treo đến ứng xử của kết cấu cầu
vòm thép có thanh căng.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Phân tích các dạng cầu vòm thép có thanh căng đã được thiết kế và thi
công trên thế giới.
- Phân tích các dạng sơ đồ dây treo của kết cấu vòm thép có thanh căng.
3
- Sử dụng phần mềm Midas Civil để nghiên cứu ảnh hưởng của các sơ đồ
dây treo đến ứng xử của kết cấu vòm thép có thanh căng.
4. Đối tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu áp dụng : Cầu vòm thép có thanh căng.
5. Phương pháp nghiên cứu
* Phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp với tài liệu :
- Thu thập và phân tích các tài liệu về thiết kế, thi công cầu vòm thép có
thanh căng trên thế giới và ở Việt Nam.
6. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
* Cơ sở khoa học :
- Dựa vào lý thuyết tính toán, thi công cầu vòm thép có thanh căng.
- Dựa vào các quy trình – quy phạm về kết cấu cầu vòm thép có thanh
căng trên thế giới.
* Cơ sở thực tiễn :
- Các công trình cầu vòm thép có thanh căng đã được thiết kế và thi công
tại Việt Nam.
4

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM VÀ CẦU VÒM THÉP
CÓ THANH CĂNG
1.1. TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM
Lịch sử phát triển
Cầu vòm thép là loại cầu rất ít gặp trên đường sắt cũng như đường bộ
so với cầu dầm và cầu giàn. Sở dĩ cầu vòm ít được sử dụng là vì kết cấu nhịp
vòm không dễ dàng tiêu chuẩn hóa kích thước như kết cấu nhịp cầu gầm và
cầu giàn, mặt khác do đặc điểm của hệ thống vòm là có lực đẩy ngang nên tuy
khối lượng sử dụng vào kết cấu nhịp tương đói ít hơn so với kết cấu nhịp cầu
dầm và cầu giàn (khoảng 15%) nhưng lại thường đòi hỏi trụ, mố to hơn và
như vậy giá thành tổng cộng công trình vẫn cao.
Vì những nguyên nhân trên mà vầu vòm thép thông thường là những
công trình mang tính chất riêng biệt chứ không thể xây dựng định hình. Tuy
nhiên trong những trường hợp yêu cầu về hình dáng bên ngoài, kiến trúc mỹ
thuật khống chế, chẳng hạn như những công trình cầu thành phố hay tại các
vùng danh lam thắng cảnh thì phương án cầu vòm lại được xét đến. Ngoài ra
cầu vòm thép cũng có thể trở nên kinh tế khi địa hình xây dựng là những khe
núi hoặc thung lũng sâu, những nơi mà tình hình địa chất thích hợp.
Các dạng vòm cơ bản
Căn cứ vào vị trí cao độ của mặt xe chạy so với cao độ đỉnh vòm có
thể phân loại ra: cầu vòm chạy trên, cầu vòm chạy giữa, cầu vòm chạy dưới,
(hình 3.1a, d, e). Các vòm (sườn vòm, cuốn vòm) của một nhịp cầu vòm được
nối với nhau bằng hệ liên kết ngang kiểu thanh để chịu các tải trọng nằm
ngang như gió ngang v.v Ngoài ra các liên kết ngang còn đảm bảo độ cứng
ngang chung của kết cấu nhịp và độ ổn định của vòm khi xét uốn dọc ngoài
mặt phẳng nằm ngang.
5
Cầu vòm có thanh căng thường làm kiểu vòm hai khớp, lực xô ngang
sẽ do toàn bộ thanh căng tiếp nhận toàn bộ hoặc một phần. Trường hợp thanh
căng tiếp nhận toàn bộ lực xô ngang, tại gối kết cấu nhịp chỉ truyền có áp lực

thẳng đứng như cầu giàn nên có thể sử dụng khi mố trụ cao hoặc khi đất yếu.
Vòm giàn có cấu tạo phức tạp hơn vòm đặc nhiều, nhưng khi chiều
dài nhịp lớn và hoạt tải nặng thì vòm giàn rất tiết kiệm thép. Ngoài ra vòm
giàn có độ cứng lớn hơn.
1.2. CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CẦU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG
Hệ dầm mặt cầu
a) Thanh căng:
Lựa chọn tiết diện vòm, dầm chủ (thanh căng) là hết sức quan trọng,
phụ thuộc vào sơ đồ và số lượng bố trí dây treo. Tiết diện vòm và dầm chủ
phải đảm bảo khả năng chịu lực cũng như ổn định.
Hình 1-1. Mặt cắt ngang Thanh căng tại vị trí có sườn tăng cường
đứng
b) Dầm ngang, dầm dọc
Hệ dầm ngang tiết diện chữ I, kê lên các thanh căng làm nhiệm vụ
nâng đỡ toàn bộ bản mặt cầu, truyền tải trọng do bản mặt cầu, hoạt tải vào các
thanh căng.
6
Hình 1-2. Dầm ngang, dầm dọc
c) Bản mặt cầu
Bản mặt cầu BTCT, liên hợp với hệ dầm mặt cầu (dầm ngang, dầm
dọc) thông qua các đinh neo chống cắt.
Bản mặt cầu là cấu kiện quan trọng trực tiếp nâng đỡ tải trọng bánh
xe, kết cấu bản mặt cầu ảnh hưởng lớn tới khả năng chịu tải của công trình
cầu và độ êm thuận, an toàn của giao thông trên cầu
Vành vòm
a) Tiết diện và vật liệu
Vành vòm thép có thể sử dụng tiết diện dạng chữ nhật hoặc chữ H.
Việc lựa chọn loại tiết diện phụ thuộc vào nhiều quan điểm khác nhau về khả
năng chịu lực, tính thẩm mỹ, sự ổn định của vòm, vấn đề duy tu bảo dưỡng.
Vật liệu chế tạo vòm là thép cường độ cao, nhằm tăng khả năng chịu

lực và làm giảm kích thước tiết diện, tăng độ thanh mảnh cho kết cấu.
Hình 1-3. Mặt cắt ngang Vành vòm
7
Mặt phẳng vòm có thể cấu tạo thẳng đứng, hoặc khi cần thiết phải
tăng độ ổn định của kết cấu, có thể cấu tạo mặt phẳng vòm dốc nghiêng vào
nhau, tuy nhiên việc tính toán và thi công sẽ phức tạp hơn.
b) Chiều cao đường tên vòm
Cũng giống như đối với cầu vòm có thanh căng, chiều cao đường tên
(f) của vòm dây treo dạng lưới thường được lựa chọn như sau: f/L = 1/5 ÷ 1/6,
trong đó L là chiều dài nhịp. Tuy nhiên, vì lý do thẩm mỹ nên chiều cao
đường tên của vòm dây treo dạng lưới được lấy bằng 15% chiều dài nhịp. Đối
với hầu hết các cầu vòm dây treo dạng lưới Nhật Bản, chiều cao đường tên
vòm thường lấy bằng 15% ÷ 17% chiều dài nhịp.
c) Phương trình đường tim vòm
Việc lựa chọn phương trình đường tim vòm có ý nghĩa rất lớn trong
khai thác. Thông thường cầu vòm nói chung và cầu vòm thép nói riêng
thường chọn đường trục tim vòm là đường tròn, đường cong parabol bậc 2
hoặc bậc 4, đường cong dạng dây xích. Các đường cong này khá trùng với
đường cong áp lực của vòm.
Phương trình đường cong dây xích được thể hiện qua công thức sau:
)1(cosh
−=
ξ
k
m
h
y
Trong đó:
1
L

x
=
ξ
,
)1ln(
2
−+=
mmk
, L
1
= 1/2 chiều dài nhịp, Hệ số m có
thể lấy từ 1.2 đến 1.8.
Công thức đường cong parabol bậc 2 với phương trình tim vòm như sau:
)(4
2
xLx
L
f
y
−=
Trong đó: f là đường tên vòm, L là chiều dài nhịp
Chân vòm
Chân vòm là nơi giao nhau giữa vành vòm và thanh căng. Đây là khu
vực chịu lực lớn với các thành phần lực phức tạp. Do đó khu vực này phải
phân tích tính toán ứng suất cục bộ một cách chi tiết để có thể cấu tạo hợp lý
8
các bộ phận sườn tăng cường.

Hình 1-4. Cấu tạo chân vòm
Hệ giằng trên

Hệ giằng gió đơn giản nhất là sử dụng các thanh ngang đặc liên kết
hai vòm. Loại này chủ yếu áp dụng khi khoảng cách giữa hai vành vòm không
lớn. Khi khoảng cách giữa hai vành vòm lớn, để tiết kiệm và tăng khả năng ổn
định ta sử dụng hệ giằng gió dạng khung chữ K, dạng tam giác v.v Ngoài ra
một bộ phận khá quan trọng của giằng gió là liên kết ngang khu vực đầu cầu,
được thiết kế chịu lực ngang lớn nên có cấu tạo phức tạp hơn, kích thước lớn
hơn và sơ đồ cấu tạo phụ thuộc vào tĩnh không của cầu.
Dây treo
a) Loại dây treo:
Bao gồm một mạng lưới dây treo được bố trí chéo nhau đảm bảo tải
trọng tác dụng gây ra hiệu ứng nhỏ nhất và đồng đều trong kết cấu. Dây treo
có thể làm bằng thanh thép hoặc dây cáp cường độ cao.
− Dây treo dạng thanh thép: mặt cắt ngang thường là hình ống tròn, với
mục đích có khả năng chịu kéo cao, giảm khối lượng kết cấu, tiết diện tròn
tăng vẻ mỹ quan, giảm được cọ xát, thoát gió tốt. Các dây treo nên có cùng
mặt cắt tránh phức tạp cho thi công, trong tính toán và nâng cao tính thẩm mỹ
cho cầu.
9
− Dây treo dạng bó cáp cường độ cao: Tương tự như kết cấu dây của
cầu dây văng có hai hệ thống dây có thể được sử dụng
b) Mối nối dây treo với vòm:
Thường sử dụng bản nối để liên kết. Phụ thuộc vào dạng mặt cắt vòm
mà sử dụng hai phương pháp liên kết khác nhau, nếu mặt cắt vòm là hình hộp
thì mối nối nên sử dụng liên kết hàn, còn vòm tiết diện chữ H thì mối nối
dùng liên kết bu lông.
Hình 1-5. Chi tiết mối nối giữa vòm tiết diện chữ H và dây treo
c) Mối nối giữa dây treo với thanh căng
Neo có cấu tạo dạng chốt kết hợp tăng đơ để điều chỉnh lực căng trong
dây treo. Đây là loại neo có cấu tạo khá đơn giản, dễ căng kéo và kiểm tra, tuy
nhiên tính thẩm mỹ kiến trúc không cao. Nhược điểm của loại neo này là khi

thi công phải chế tạo sẵn cả bó cáp và lắp đặt tương đối phức tạp do trọng
lượng cáp lớn.
d) Chi tiết liên kết hai dây treo giao cắt nhau :
Vị trí tiếp xúc của hai dây treo được bọc bởi một ống nhựa với chức
năng bảo vệ khỏi va đập và cọ xát cho dây treo, ngoài ra còn dùng một tấm
bản để liên kết hai dây treo với mục đích tăng độ ổn định cho dây treo.
10
CHƯƠNG 2 : TÌNH HÌNH ÁP DỤNG KẾT CẤU CẦU VÒM THÉP
CÓ THANH CĂNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU THÉP
Đặc điểm nổi bật của thép là tính chịu lực cao ứng với mỗi loại ứng
suất (kéo, nén, uốn, cắt…) do đó có thể dùng vào các loại kết cấu cấu cầu
khác nhau như cầu dầm, giàn, vòm, treo và hệ liên hợp.
Thép có trọng lượng riêng khá lớn nhưng độ bền cao nên trọng lượng
bản thân kết cấu rất nhẹ, Về mặt lý hóa, thép có tính đồng nhất cao, dưới ảnh
hưởng của nhiệt độ cường độ và mô đun đàn hồi thay đổi nên công trình làm
việc tốt trong điều kiện môi trường biến đổi.
Về mặt chế tạo thép dễ thi công, dễ cắt, rèn dập, đúc, cán nên có thể
chế tạo thành nhiều loại hình dạng thích hợp với đặc điểm của các loại cầu
khác nhau, đồng thời dễ tạo khả năng công nghiệp hóa, tự động hóa chế tạo
trong công xưởng. Thêm nữa, các bộ phận của cầu thép được vận chuyển đến
công trường và công việc lắp ráp có thể cơ giới hóa triệt để, tạo điều kiện rút
ngắn thời gian xây dựng công trình.
2.2. KẾT CẤU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG ÁP DỤNG TRÊN THẾ
GIỚI
Cầu vòm dây treo kiểu cơ bản
Kết cấu vòm chịu lực chủ yếu, lực đẩy ngang phát sinh được truyền
trực tiếp xuống kết cấu móng tại chân vòm, vì vậy hiệu ứng dãn dài kết cấu
dầm đỡ mặt đường xe chạy được bỏ qua. Kết cấu vành vòm chịu mô men, lực
cắt và lực dọc. Hệ dây treo chịu lực kéo tập trung do tải trọng bản thân kết cấu

và hoạt tải. Tác động của nhiệt độ sẽ làm tăng thêm mô men uốn trong dầm.
Cầu vòm dây treo có thanh căng kiểu cơ bản
11
Đối với loại này, kết cấu vành vòm vẫn là kết cấu chịu lực chủ yếu,
nhưng lực ngang phát sinh tại chân vòm được truyền trực tiếp vào dầm mặt
cầu đóng vai trò như thanh căng thanh căng liền với vành vòm. Hệ dây treo
chịu lực kéo tập trung do tải trọng bản thân kết cấu và hoạt tải. Tác động của
nhiệt độ sẽ không làm tăng thêm mô men uốn trong dầm. Tuy nhiên lực kéo
trong thanh căng sẽ gây ra độ dãn dài và ảnh hưởng đến mô men uốn trong
vành vòm.
Cầu vòm dây treo có thanh căng là dầm cứng
Đối với loại kết cầu này, dầm cứng sẽ chịu mô men uốn và lực dọc gây
ra trong vòm. Vành vòm tự bản thân chủ yếu chịu lực nén. Do kết cấu dầm
cứng, hệ dây treo sẽ chịu lực đồng đều hơn.
Cầu vòm nielsen
Nielsen là chữ viết tắt tên kỹ sư Octavius F. Nielsen, người đã sáng
chế ra kết cấu vòm với các thanh treo xiên. Cầu Oster Daleelven, Thụy Điển
với chiều dài nhịp 86m là cầu vòm bê tông đầu tiên với dây treo xiên được
Christani và Nielsen xây dựng vào những năm của thập niên 1920.
Cầu vòm dây treo dạng lưới (Network Arch Bridge)
Kết cấu cầu vòm dây treo dạng lưới (Network Arch Bridge - NAB)
được được kỹ sư người Na Uy, Per Tveit phát minh vào cuối những năm
1950. Ông định nghĩa NAB là cầu vòm với các dây treo xiên cắt nhau ít nhất
hai lần.
Giải pháp kết cấu tối ưu cho cầu vòm dây treo dạng lưới với khoảng
cách các vành vòm không quá lớn là sử dụng thanh căng bằng bản bê tông dự
ứng lực dọc một phần. Thông thường bản mặt cầu bị uốn ngang lớn hơn so
với uốn dọc. Dự ứng lực một phần sẽ hạn chế các vết nứt trong trong thanh
căng bê tông (bản mặt cầu).
Cầu vòm dây treo dạng lưới Nhật Bản (Japanese Style Network Arch)

Sau khi xem xét nhiều mô hình thí nghiệm cho cầu Fehmarn Sound tại
Hannover vào năm 1960, Giáo sư người Nhật Bản Masao Naruok đã có ý
tưởng phát triển loại kết cấu cầu vòm dây treo dạng lưới ở Nhật Bản. Hơn 50
12
cầu loại này đã được xây dựng và hầu hết đều sử dụng dây treo có góc xiên
không đổi. Khoảng một nửa các cầu vòm dây treo dạng lưới của Nhật Bản có
các vành vòm song song, còn lại là vành vòm nghiêng để tăng cường ổn định.
Người Nhật Bản gọi cầu vòm dây treo dạng lưới là cầu Nielsen-Lohse, mặc
dù cách gọi này chưa hoàn toàn chính xác. Cầu Shinhamadera là cầu vòm dây
treo dạng lưới dài nhất của Nhật Bản, với chiều dài nhịp 254m.
2.3. KẾT CẤU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG ÁP DỤNG Ở VIỆT
NAM
Cầu Mỹ Lợi nằm trên Quốc lộ 50 vượt qua sông Vàm Cỏ tại vị trí bến
phà Mỹ Lợi hiện nay (từ Km33+650 đến Km36+538 – Quốc lộ 50), thuộc địa
phận huyện Cần Đước, tỉnh Long An (phía Bắc) và huyện Gò Công Đông,
tỉnh Tiền Giang (phía Nam). Dự án đầu tư xây dựng cầu Mỹ Lợi đã được Bộ
Giao thông Vận tải phê duyệt tại quyết định số 389/QĐ-BGTVT ngày
23/02/2009.
Hình 2-16. Cầu vòm Mỹ Lợi vượt sông Vàm Cỏ, tỉnh Long An và Tiền
Giang
CHƯƠNG 3 :NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SƠ ĐỒ DÂY TREO
13
ĐẾN ỨNG XỬ KẾT CẤU CỦA CẦU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG.
3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Số liệu dùng khảo sát
Để khảo sát ảnh hưởng của sơ đồ bố trí dây treo đến ứng xử cầu vòm
thép có thanh căng, trong chương này tiến hành khảo sát dự trên các số liệu
sau:
a) Số liệu chung
− Chiều dài nhịp L=150m;

− Chiều cao đường tên vòm 30m;
− Khoảng cách giữa các điểm neo dây trên thanh căng 8m.
b) Mặt cắt ngang các cấu kiện
Hình 3-6. Mặt cắt ngang các cấu kiện vòm
c) Các sơ đồ bố trí dây treo
14
Hình 3-7. Sơ đồ dây treo thẳng đứng
Hình 3-8. Sơ đồ dây treo xiên hướng tâm
Hình 3-9. Sơ đồ dây treo dạng lưới cắt chéo nhau
Các chỉ tiêu đánh giá
Đánh giá đối với thanh căng, vành vòm và dây treo
− MaxM: Giá trị mô men uốn lớn nhất (Tĩnh tải, hoạt tải);
− MinM: Giá trị mô men uốn nhỏ nhất (Tĩnh tải, hoạt tải);
− RatioM: Tỷ lệ Mô men uốn Tĩnh tải/Hoạt tải max;
− AveM: Trung bình giá trị mô men uốn;
− RatioAveM: Tỷ lệ mô men uốn trung bình Tĩnh Tải/Hoạt tải
− ΔM: Biến thiên mô men uốn max-min
− AveΔM: Trung bình biến thiên mô men uốn.
3.2. MÔ HÌNH HÓA TÍNH TOÁN KẾT CẤU
Phần mềm Midas - Civil được sử dụng để phân tính kết cấu cầu, tính
15
toán nội lực dưới tác dụng của tĩnh tải, hoạt tải, tính toán ổn định tổng thể
vòm. Trong đó các cấu kiện vòm được mô hình hóa thành các phần tử thanh
chịu mô men, lực dọc, riêng cấu kiện dây treo chỉ chịu lực dọc trục.
3.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH
Lực tới hạn trong dầm chủ
Ổn định tổng thể
Mục tiêu của phân tích ổn định là xác định các lực tới hạn và các biến
dạng của kết cấu khi bị mất ổn định.
3.4. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Thanh căng
a) Mô men uốn My trong thanh căng
Hình 3-10. Biểu đồ mô men uốn trong thanh căng –Dây treo thẳng đứng
(KNm)
Hình 3-11. Biểu đồ mô men uốn trong thanh căng –Dây treo xiên (KNm)
16
Hình 3-12. Biểu đồ mô men uốn trong thanh căng –Dây treo dạng lưới
(KNm)
(Các biểu đồ còn lại thể hiện trong thuyết minh đề tài)
Bảng tổng hợp kết quả
Bảng 3-1. Lực dọc Nx trong dây treo (KN)
Sơ đồ Dây treo
thẳng đứng
(1)
Dây treo xiên
hướng tâm
(2)
Dây treo xiên
dạng lưới
(3)
Tĩnh tải
MaxN 752.43 1033.66 473.63
MinN 659.90 599.23 63.43
AveN 737.55 757.45 407.56
Hoạt tải
MaxN 265.15 297.22 257.76
MinN -3.51 -17.01 -83.81
AveNmax 261.37 256.96 194.50
Tỷ lệ
Tĩnh/Hoạt

RatioN 2.82 2.95 2.10

Bảng 3-2. Mô men uốn My trong Thanh căng và vành vòm
17
Tiêu chí
Thanh căng Vành vòm
Dây treo
thẳng
đứng
(1)
Dây treo
xiên
hướng
tâm
(2)
Dây treo
xiên
dạng
lưới
(3)
Dây treo
thẳng
đứng
(1)
Dây treo
xiên
hướng
tâm
(2)
Dây

treo
xiên
dạng
lưới
(3)
Tĩnh tải
MaxM 1333.31 8767.27 2715.42 2126.38 6609.39 2097.38
MinM -2016.30 -7851.00 -1978.22 -419.22 -3436.61 -460.57
AveM 508.78 2370.37 1047.19 449.24 1489.55 759.78
Hoạt tải
MaxM 6613.32 8126.87 2209.93 4385.27 4967.31 1113.27
MinM -4482.07 -5037.28 -959.75 -3255.85 -2576.37 -304.05
AveMmax 4884.32 5628.70 1771.79 3188.34 2958.51 553.96
AveMmin -3241.63 -3498.30 -573.72 -2315.66 -1935.38 -195.66
∆AveM
8125.95 9127.01 2345.51 5504.00 4893.89 749.63
Tương
quan
Tĩnh-
Hoạt
RatioM 0.10 0.42 0.59 0.14 0.50 1.37


Bảng 3-3. Lực dọc Nx trong Thanh căng và vành vòm
18
Tiêu chí
Thanh căng Vành vòm
Dây
treo
thẳng

đứng
(1)
Dây
treo
xiên
hướng
tâm
(2)
Dây
treo
xiên
dạng
lưới
(3)
Dây treo
thẳng
đứng
(1)
Dây treo
xiên
hướng
tâm
(2)
Dây treo
xiên dạng
lưới
(3)
Tĩnh tải
MaxN 8629.47
8498.6

5
7922.01 -10202.79 -10567.93 -10387.61
MinN
8038.5
4
6239.44 7418.96 -12788.54 -11024.87 -12034.68
AveN 8099.14 7739.18 7619.62 -11018.46 -10719.98 -11125.18
Hoạt tải
MaxN
1546.8
1
1520.3
6
1457.8
3
40.20 43.82 1.43
MinN -80.83 -194.52 -1.41 -2276.94 -1972.79 -2238.98
AveN 1439.71
1382.3
0
1374.5
8
-1995.32 -1942.10 -2132.51
Tương
quan
Tĩnh-
Hoạt
RatioN 5.63 5.60 5.54 5.52 5.52 5.22

19
Ổn định tổng thể
Bảng 3-2. Bảng hệ số lực tới hạn các phương án
Mode
Hệ số Buckling (λ)
Dây treo thẳng
đứng
Dây treo
xiên hướng
tâm
Dây treo
xiên dạng
lưới
1 2.551 2.455 2.579
2 5.121 5.167 5.317
3 8.014 8.379 -8.431
4 8.090 8.529 9.101
5 9.127 9.595 9.436
6 10.535 11.076 10.575
7 11.719 11.332 11.682
8 11.760 11.821 12.252
9 13.061 12.029 13.305
10 14.637 13.500 14.336
3.5. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ
Nhận xét kết quả:
Qua các biểu đồ và thống kê nội lực ở trên, rút ra một số nhận xét sau:
a) Thanh căng:
− Biểu đồ mô men uốn do tĩnh tải phương án dây treo thẳng đứng có
giá trị nhỏ nhất, tiếp đó đến phương án dây treo dạng lưới và thay đổi lớn ở
phương án dây treo xiên hướng tâm;

− Sơ đồ bố trí dây dạng lưới có giá trị mô men do hoạt tải nhỏ nhất chỉ
bằng 30% so với sơ đồ dây treo thẳng đứng, bằng 26% so với sơ đồ dây xiên
hướng tâm và phân bố đồng đều nhất trong các sơ đồ dây.
− Có thể thấy tỷ lệ phân bố tĩnh tải /hoạt tải hợp lý nhất trong sơ đồ dây
treo dạng lưới
− Lực dọc trong thanh căng không có sự thay đổi lớn qua các sơ đồ dây
20
treo, phân bố đồng đều nhất ở sơ đồ dây treo dạng lưới
b) Vành vòm:
− Biểu đồ mô men uốn do tĩnh tải phương án dây treo thẳng đứng có
giá trị nhỏ nhất, tiếp đó đến phương án dây treo dạng lưới và thay đổi lớn ở
phương án dây treo xiên hướng tâm. Tuy nhiên ở phương án dây treo dạng
lưới, giá trị mô men uốn lớn chỉ cục bộ trong phạm vi 1/4 nhịp vòm.
− Sơ đồ bố trí dây dạng lưới có giá trị mô men do hoạt tải nhỏ nhất chỉ
bằng 14% so với sơ đồ dây treo thẳng đứng, bằng 16% so với sơ đồ dây xiên
hướng tâm và phân bố đồng đều nhất trong các sơ đồ dây.
− Có thể thấy tỷ lệ phân bố tĩnh tải /hoạt tải hợp lý nhất trong sơ đồ dây
treo dạng lưới
− Lực dọc trong vành vòm không có sự thay đổi lớn qua các sơ đồ dây
treo, phân bố đồng đều nhất ở sơ đồ dây treo dạng lưới
c) Dây treo:
− Nội lực trong dây treo khi chịu tĩnh tải phân bố đồng đều nhất ở sơ đồ
dây treo thẳng đứng. Tuy nhiên giá trị lực dọc của sơ đồ dây dạng lưới nhỏ
nhất do số lượng dây tăng lên trên cùng vị trí khoảng cách neo dây trên thanh
căng
− Biến thiên lực dọc do hoạt tải trong sơ đồ bố trí dây xiên hướng tâm
là lớn nhất.
Đánh giá:
− Sơ đồ dây treo thẳng đứng phát huy hiệu quả khi chịu tải trọng phân
bố đều (tĩnh tải, hoặc các loại tải trọng đoàn tàu ). Sơ đồ dây này thường áp

dụng cho các cầu có tĩnh tải lớn nhất là các cầu vòm có kết cấu BTCT hoặc
ống thép nhồi bê tông.
− Sơ đồ dây treo xiên hướng tâm cho thấy không hợp lý về mặt chịu lực
nhất là với tĩnh tải bản thân, tuy nhiên nếu nhấn mạnh đến yếu tố mỹ thuật,
21
điểm nhấn về cảnh quan, độ thông thoáng thì sơ đồ này cũng có ưu điểm lớn.
Đã áp dụng ở cầu Apollo, Bratislava, Slovakia.
− Sơ đồ bố trí dây treo xiên dạng lưới cắt chéo nhau cho thấy sự chịu
lực hợp lý hơn so với sơ đồ dây treo thẳng đứng và dây treo xiên hướng tâm.
Mô men trong Thanh căng và Vành vòm có giá trị tương đối đồng đều, giá trị
mô men uốn giảm đáng kể và chỉ lớn nhất ở chân chân vòm và khoảng 1/4
chiều dài nhịp. Do đó chỉ cần có các giải pháp thay đổi bề dày tiết diện vòm
mà không ảnh hưởng đến hình dạng các kết cấu vòm. Sơ đồ bố trí dây này
thường áp dụng với kết cấu vòm thép trọng lượng nhẹ nhưng chịu hoạt tải
lớn.
− Khả năng mất ổn định tổng thể của phương án dây treo xiên hướng
tâm là lứn nhất, tốt hơn ở phương án dây thẳng đứng và tốt nhất ở phương án
dây treo xien dạng lưới
KẾT LUẬN
Luận văn đã tiến hành nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng của các sơ đồ
bố trí dây treo cũng như ảnh hưởng của một số tham số hình học đến sự làm
việc của kết cấu cầu vòm thép có thanh căng. Các nội dung nghiên cứu của
luận văn bao gồm:
22
− Nghiên cứu tổng quan về cầu vòm nói chung và cầu vòm thép có
thanh căng nói riêng trên thế giới và Việt Nam;
− Nghiên cứu ảnh hưởng của các sơ đồ bố trí dây treo đến ứng xử kết
cấu của cầ vòm thép có thanh căng;
− Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số hình học đến nội lực và ổn
định cầu vòm thép có thanh căng với sơ đồ dây treo dạng lưới.

Căn cứ vào nội dung nghiên cứu lý thuyết và các tính toán cụ thể đã
thực hiện trong luận văn, các kết luận sau đây được rút ra:
1) Sơ đồ bố trí dây treo có ảnh hưởng lớn đến trạng thái nội lực và ổn
định của kết cấu vòm thép có thanh căng;
2) Sơ đồ dây treo thẳng đứng có ưu thế khi chịu tải trọng phân bố đều
lớn so với hoạt tải như tĩnh tải bản thân, hoặc các loại tải trọng đoàn
tàu.
3) Sơ đồ dây treo xiên hướng tâm tuy không hợp lý về mặt chịu lực
nhưng lại có ưu thế về thẩm mỹ, nếu muốn làm một điểm nhấn cho
cảnh quan khu vực xây dựng công trình cầu.
4) Đối với cầu vòm thép có thanh căng sơ đồ bố trí dây dạng lưới, góc
xiên không đổi có nhiều ưu điểm:
+ Về kết cấu: Các cấu kiện thanh căng, vành vòm, dây treo chịu lực khá
đồng đều
+ Về chế tạo, thi công: Do sử dụng vật liệu thép nên trọng lượng kết cấu
tương đối nhẹ, có thể thi công trong công xưởng và vận chuyển lao lắp vào vị
trí xây dựng do đó kiểm soát được chất lượng công trình.
+ Về thẩm mỹ: Các bộ phận kết cấu thanh mảnh, hài hòa với quang cảnh
xung quanh khu vực xây dựng. Có thể trở thành điểm nhấn cảnh quan khu
vực.
23
+ Về kinh tế: Đây là yếu tố quan trọng có thể nói là ngang bằng với yếu
tố hợp lý kết cấu. Việc đánh giá tính kinh tế phụ thuộc nhiều yếu tố, phụ
thuộc đặc trưng của từng công trình. Phải xét trong tổng thể các yếu tố: vật
liệu, chế tạo, thi công, duy tu bảo dưỡng…Trọng lượng kết cấu nhẹ do đó chi
phí xây dựng kết cấu phần dưới cũng giảm nhiều, đây cũng là một ưu thế lớn.

24