Luận văn thạc sỹ nghiên cứu ứng xử của cầu treo dây võng trong giai đoạn khai thác đối với tải trọng động đất

Luân Văn Thac Si

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
-----oOo----Tp. HCM, ngày
tháng
năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: ĐÀO TRỌNG PHÚ

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 10/09/1980

Nơi sinh : TP.HCM

Chuyên ngành : Xây Dựng Cầu hầm.
Khoá (Năm trúng tuyển) : 2007

1- TÊN ĐỀ TÀI :
NGHIÊN CƯU ƯNG XỬ CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG GIAI ĐOẠN
KHAI THÁC ĐỐI VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
- Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết tính toán cầu treo dây võng.
- Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết tính toán động đất .
- Phân tích ảnh hưởng tải trọng động đất đến sự phân bố nội lực và biến dạng trong
cầu treo dây võng.

3- NGÀY GIAO NHIÊM VỤ : 14/02/2011
4- NGÀY HOÀN THÀNH : 31/07/2011
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. PHÙNG MẠNH TIẾN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÍ CHUYÊN NGÀNH

TS . PHÙNG MẠNH TIẾN

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

TS . LÊ BÁ KHÁNH

Trang 1


Luân Văn Thac Si

Nôi dung va đề cương Luân văn thac si đa đươc Hôi đông Chuyên Nganh thông qua.
Ngày…..tháng…..năm…..
TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

Trang 2

Luân Văn Thac Si

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
Cán bộ chấm nhận xét 1: ….................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: ….................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày…..tháng…..năm 200…

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 3


Luân Văn Thac Si

LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu ứng xử của cầu treo dây võng trong giai đoạn khai thác
đối với tải trọng động đất ” được thực hiện từ tháng 02/2011 đến 07/2011 với mục đích
nghiên cứu sự phân bố nội lực và biến dạng của cầu treo dây võng trong giai đoạn khai
thác.
Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy TS. Phùng Mạnh Tiến đã tận tình giúp đỡ, hướng
dẫn định hướng và cung cấp các thông tin cần thiết để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ Môn Cầu Đường của

trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, các bạn trong lớp Cao học
chuyên ngành Cầu Hầm, Đường ôtô, Đường thành phố và Cầu Hầm K2007 đã giúp tôi
trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình.
Xin cảm ơn tất cả mọi người trong gia đình tôi đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận
lợi về thời gian để tôi hoàn thành luận văn đúng tiến độ.
Vì kiến thức và thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những
hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô giáo, bạn bè và
đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
Tp Hồ Chí Minh 07 – 2011
ĐÀO TRỌNG PHÚ

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 4


Luân Văn Thac Si

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn bao gồm 06 chương chính:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG
Giới thiệu về sư phát triển của câu treo dây võng trên thế giới va ơ Việt Nam.
Nêu các đăc điểm cơ ban va cấu tao các bô phân chính của câu treo dây võng bao gôm:
trụ tháp, dâm chính, cáp dung cho dây võng, bô phân neo cáp chủ. Phân loai câu treo
dây võng.
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT :
Giới thiệu về các trận động đất lớn đã xảy ra trên thế giới và ở Việt Nam, thiệt
hại do chúng gây ra, tìm hiểu các nguyên nhân gây động đất và tìm hiểu khả năng xảy
ra động đất, độ lớn của các trận động đất có thể xảy ra ở Việt Nam.

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VÕNG
Cầu treo dây võng là một kết cấu rất phức tạp, độ cứng nhỏ, độ mảnh lớn, quá
trình thi công có ảnh hưởng rất lớn đến nội lực cũng như biến dạng của kết cấu cầu treo
dây võng. Thuôc loai kết cấu siêu tinh bâc cao nên việc tính toán câu treo rất phức tap.
Nôi dung chương nay giới thiệu chung các phương pháp tính toán câu treo dây võng:
tính toán câu treo theo sơ đô biến dang gôm ly thuyết tính câu treo theo phương pháp
lưc, ly thuyết tính toán câu treo theo phương pháp chuyển vị, giới thiệu phương pháp
phân tử hữu han va kha năng ứng dụng của phương pháp phân tử hữu han trong tính
toán kết cấu.
Giới thiệu môt sô phân mềm tính toán câu treo dây võng, nguyên ly tính toán
câu treo dây võng trong phân mềm MIDAS/Civil – phân mềm đang đươc sử dụng rông
rai trên thế giới.
Chương 4: PHƯƠNG PHÁP TÍNH ĐỘNG ĐẤT
Động đất là một tải trọng đặc biệt có nhiều phương pháp tính khác nhau, trong
nội dung chương này giới thiệu về các phương pháp : Phương pháp tĩnh tương đương,
phương pháp phổ phản ứng, phương pháp lịch sử thời gian, trong chương này cũng giới
thiệu tính toán động đất theo tiêu chuẩn 22TCN-272-05.
Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 5


Luân Văn Thac Si

Chương 5: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG GIAI
ĐOẠN KHAI THÁC ĐỐI VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT.
Với các phương pháp phân tích kết cấu va phân mềm đa đươc lưa chon trong
chương 3, luân văn thưc hiện phân tích tính toán môt sô trương hơp cụ thể để nghiên
cứu anh hương của tai trong đông đất đến sư phân bô nôi lưc va biến dang trong câu
treo dây võng. Các trương hơp nghiên cứu với mô hình câu treo dây võng ba nhịp với

chiều dai hai nhịp biên bằng nhau, đươc bô trí hai măt phăng dây với các dây treo thăng
đứng song song, khổ ngang câu S = 11m. Để nghiên cứu anh hương của tai trong đông
đất đến sư phân bô nôi lưc va biến dang trong câu treo dây võng, tiến hanh lâp mô hình
tính toán nôi lưc câu với sơ đô nhịp, thông sô kỹ thuât va tai trong chon trước kết hơp
thay đổi chiều dài nhịp biên L1 lần lượt là 75m, 100m, 125m, 150m, 175m và 200m,
chiều dài nhịp chính L0 là 400m, tải trọng động đất thay đổi về độ lớn 0.12g , 0.24g ,
0.48g và thay đổi chu kỳ với cấp động đất đã chọn với tỷ lệ 0.75 ; 0,5 .
Trên cơ sơ mô hình các trương hơp nghiên cứu, dung phân mềm Midas phân tích
xác định nôi lưc va biến dang tai môt sô vị trí điển hình. Thông qua việc so sánh nôi
lưc va biến dang giữa các trương hơp nghiên cứu, luân văn nêu đươc anh hương của tai
trong đông đất đến sư phân bô nôi lưc va biến dang trong câu treo dây võng thể hiện
qua các đô thị.
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luân văn nêu môt sô kết luân tổng quan về anh hương của tai trong đông đất đến
phân bô nôi lưc va biến dang trong câu treo dây võng thông qua các trương hơp nghiên
cứu. Qua đo, luân văn trình bay môt sô kiến nghị liên quan đến tai trong đông đất trong
tính toán thiết kê câu treo dây võng. Măt khác, môt sô hướng nghiên cứu tiếp theo cung
đươc nêu trong luân văn nhằm gop phân hiểu rõ ban chất va ứng xử của câu treo dây
võng.

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 6


Luân Văn Thac Si

CHƯƠNG MỞ ĐẦU: TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN
CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Lịch sử phát triển của ngành xây dựng cầu trên thế giới đã trải qua nhiều giai
đoạn, bắt đầu từ việc chặt những cành cây bắc qua các sông rạch nhỏ phục vụ nhu cầu
đi lại cho đến ngày nay đã có những chiếc cầu đi vào lịch sử với chiều dài nhịp lên đến
2 km với một kết cấu thanh mảnh.
Kết cấu cầu hiện hữu ở Việt Nam rất đa dạng, từ kết cấu nhịp giản đơn, cầu liên
tục, cầu dàn, cầu vòm... cho đến các kết cấu hiện đại như cầu treo dây văng, cầu treo
dây võng. Vật liệu từ gỗ, đá, thép, bêtông cốt thép đến bêtông cường độ cao và thép
cường độ cao. Bên cạnh vấn đề về khả năng chịu lực của kết cấu, độ thanh mảnh của
cầu cũng là một yếu tố quan trọng nếu xét về quan điểm kiến trúc.
Với nhiệm vụ đáp ứng ngày càng cao nhu cầu giao thông vận tải, nhiều đề tài đã
nghiên cứu các loại vật liệu mới và kết cấu mới nhằm xây dựng được những công trình
không những đạt yêu cầu kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế và tính mỹ thuật
cao. Cầu treo dây võng là một dạng kết cấu có nhiều ưu điểm trong đó khả năng khai
thác triệt để tính năng của vật liệu trong các bộ phận chịu lực chính đã giúp cho 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.
Bên cạnh đó việc tính toán nội lực và biến dạng đối với cầu treo dây võng cũng rất
phức tạp, các tải trọng thường được xét đến : tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng động đất, tải
trọng gió,.... Trong đó tải trọng động đất là một tải trọng đặc biệt vì vậy nó cần được
xem xét nhất là đối với những cầu nhịp lớn như cầu treo dây võng. Chính vì vậy từ việc
phân tích tải trọng động đất đối với cầu treo dây võng sẽ tìm được sơ đồ hợp lý cho cầu
treo dây võng khi có động đất xảy ra.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nội dung luận văn tập trung giải quyết hai mục tiêu chính sau:
- Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết tính toán cầu treo dây võng.
- Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết tính toán động đất .
- Phân tích ảnh hưởng tải trọng động đất đến sự phân bố nội lực và biến dạng
trong cầu treo dây võng.
Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 7


Luân Văn Thac Si

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của luận văn được giải quyết thông qua các phương pháp
nghiên cứu chính sau:
1. Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu tham khảo có liên quan đến cầu treo
dây võng.
2. Phân tích lý thuyết tính toán kết cấu cầu treo dây võng đặc biệt nghiên cứu
sâu về phương pháp phần tử hữu hạn.
3. Lựa chọn một số trường hợp nghiên cứu, tiến hành xây dựng mô hình kết cấu
cho các trường hợp nghiên cứu, tính toán phân tích các mô hình theo phương pháp
phần tử hữu hạn nhờ phần mềm Midas/Civil.
4. Tổng hợp, phân tích, so sánh kết quả nội lực và biến dạng trong các trường
hợp nghiên cứu dưới dạng đồ thị.
4. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Nội dung luận văn chỉ tập trung phân tích các mô hình với các thông thông số kỹ
thuật chọn trước và các trường hợp tải trọng động đất. Luận văn không đi sâu nghiên
cứu về đông lưc hoc công trình, ổn định tổng thể của kết cấu cung như kiểm toán ứng
suất trong các tiết diện.

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 8


Luân Văn Thac Si

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG
1.1.1. Sự phát triển cầu treo dây võng trên thế giới
Trong lịch sử phát triển câu, câu treo dây võng la loai câu co môt lịch sử phát
triển lâu đơi. Câu treo dây võng với cáp treo bằng xích sắt đa đươc xây dưng ơ Trung
Quốc cách nay từ 2000 năm trước và một chiếc tương tự cũng được xây dựng tại Ấn
Độ. Nguồn gốc ra đời của cầu treo dây võng ở Phương Đông nhưng lại xuất hiện ở
Châu Âu vào thế kỷ 16 và nó thực sự bùng nổ khi nền công nghiệp luyện thép phát
triển mạnh vào thế kỷ 19. Cho đến nay, 20 chiếc cầu có nhịp chính dài 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 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.

Hình 1.1. Cầu Clifton và cấu tạo hệ cáp chủ

Theo thời gian cùng với sự phát triển của máy tính điện tử cũng như công nghệ
thiết bị thi công, vật liệu xây dựng và trình độ khoa học kỹ thuật, cầu treo dây võng
ngày càng vượt nhịp lớn. Một số cầu treo dây võng có chiều dài nhịp chính lớn hơn
1000m trên thế giới được thống kê trong bảng 1.1.

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 9


Luân Văn Thac Si

Bảng 1.1. Một số cầu treo dây võng trên thế giới
STT

Ảnh Cầu

Tên Cầu

Năm Hoàn
Thành

Sơ Đồ Nhịp (m)

1998

960 – 1991 – 960

2009

1650

1998

535 – 1624 – 535

2005

1490

1981

280 – 1410 – 530

1999

336,5 – 1385 – 309,3

1997

455 – 1377 – 300

1964

370,3 – 1298,5 – 370,3

Akashi-Kaikyo
Nhật Bản
1

Xihoumen
Bridge
Trung
Quốc
2

Great Belt
Đan Mạch
3

Runyang

Trung Quốc
4

Humber
Anh
5

Jiangyin
Trung Quốc
6

Tsing Ma

Hồng Kông
7

8

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

VerrazanoNarrows
Mỹ (New
York)

Trang 10


Luân Văn Thac Si

Golden Gate

9

Mỹ(San
Francisco)

1937

342,9 – 1280 – 342,9

2007

250-1280-440

1997

310 – 1210 – 280

1957

548,6 – 1158,2 – 548,6

2008

1108

14

Minami
BisanSeto
Nhật Bản

1989

274 – 1100 – 274

15

Fatih
Sultan
Mehmet
( Bosporus II)

1988

210 – 1090 – 210

2009

1088

Yangluo Bridge
Trung Quốc
10

Högakustenbron
Thụy Điển
11

12

Mackinac
Bridge
Mỹ

Huangpu Bridge
Trung Quốc
13

Thổ Nhĩ Kỳ
(Istanbul)

Balinghe Bridge
Trung Quốc
16

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 11


Luân Văn Thac Si

Boğaziçi
(Bosporus I)

17

1973

231 – 1074 – 255

1931

185,9 – 1066,8 – 198,1

19

KurushimaKaikyo III
Nhật Bản

1999

260 – 1030 – 280

20

KurushimaKaikyo II
Nhật Bản

1999

250 – 1020 – 245

1966

483,4 – 1012,9 – 483,4

1964

408,4 – 1005,8 – 408,4

Thổ Nhĩ Kỳ
(Istanbul)
George
Washington
Mỹ (New
York)

18

Ponte 25 de
Abril (Tagus)

21

Bồ Đồ Nha
(Lisbon)

Forth Road
Anh
22

Về phương diện thẩm mỹ, một số cầu được xem là 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…

Hình 1.2. Cầu Golden Gate
Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Hình 1.3. Cầu Jang Yin

Trang 12


Luân Văn Thac Si

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 960+1991+960 (m) = 3911m, gồm 6 làn xe. Cầu nằm
giữa Bắc Maiko ( ở Shikoku ) và Nam Matsuho ( ở Awaji ), hai bên là cầu dẫn bằng bê
tông.

Hình 1.4. Cầu Akashi Kaikyo

Kế đến là cầu Xihoumen (Hình 1.5) có nhịp chính dài 1650m được hoàn thành
năm 2009 tại Trung Quốc.

Hình 1.5. Cầu Xihoumen

Bước vào thiên niên kỷ mới, một vài cầu treo dây võng 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 miền Nam nước Ý, đó là cầu treo
dây võng Messina Strait (Hình 1.6, 1.7), chiều dài nhịp chính khoảng 3,3km, nhịp biên
dài 180m (chiều dài toàn cầu 3,7km). Tổng kinh phí xây dựng cầu khoảng 5 tỷ đô la
với thời gian xây dựng dự kiến là 11 năm.
Sau khi hoàn thành cầu sẽ có chiều rộng 60m với 12 làn xe lưu thông và 2
đường tàu hỏa chạy giữa cầu phục vụ cho 140.000 xe, 200 chuyến tàu mỗi ngày.

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 13


Luân Văn Thac Si

Hình 1.6. Phác họa so sánh kích thước, khẩu độ giữa cầu Messina Strait (Ý) và cầu
Golden Gate (Mỹ)

Hình 1.7. Phối cảnh cầu Messina Strait

• Băng qua eo biển Gibraltar giữa Tây Ban Nha và Marốc: với 2 phương án
được kiến nghị: một cầu treo dây võng với 2 nhịp chính dài 5 km (Hình 1.8), hoặc một
chiếc cầu treo dây văng có nhịp chính đầy ấn tượng 8,4 km .

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 14


Luân Văn Thac Si

Hình 1.8. Phối cảnh cầu Gibraltar

• 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 .
Sư ra đơi va phát triển câu treo dây võng trên thế giới không còn đơn thuân la
đáp ứng nhu cầu giao thông mà nó còn là mục tiêu và thách thức đối với các nhà khoa
học để có 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. Sư phat triên câu treo dây võng ơ Viêt Nam

Với một đất nước có bề dày lịch sử trải qua nhiều thăng trầm nên công nghệ
thiết kế va thi công câu ơ Việt Nam còn rất ít kinh nghiệm va non trẻ.
Lịch sử phát triển xây dựng cầu treo ở Việt Nam gắn liền với quá trình lịch sử
của đất nước. Từ giữa năm 1965, nhằm phục vụ công tác đảm bảo giao thông trong
cuộc chiến tranh chống Mỹ cứu nước đã 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) có khẩu độ 104m năm 1966,…[3]
Cho đến nay, với trình độ kỹ thuật ngày càng được cải tiến không ngừng cùng
với việc chuyển giao công nghệ tư nước ngoai, bên canh các loai câu gian đơn, liên tục
thuần túy thì một số giải pháp cầu treo dây võng đã được nghiên cứu và từng bước đưa
vào ứng dụng, cụ thể một cầu treo dây võng có quy mô tương đối lớn đã được triển
khai xây dựng đó là cầu Thuận Phước (Hình 1.9) tại thành phố Đà Nẵng.
Cầu treo dây võng Thuận Phước bắc qua sông Hàn do Cục Cầu Lớn Vũ Hán
(Trung Quốc) thiết kế ,cầu có 2 trụ tháp cao 92m, cách nhau 405m, tĩnh thông thuyền
27m, kết cấu dầm hộp thép hợp kim suốt toàn bộ nhịp treo, chế tạo bằng công nghệ
dầm tăng cứng theo tiêu chuẩn quốc tế. Cầu có tổng chiều dài 1.856m (dài hơn cầu Mỹ

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 15


Ln Văn Thac Si

Thuận 300m), rộng 18m cho 4 làn xe lưu thơng, tải trọng 13 tấn với tổng kinh phí xây
dựng hơn 650 tỷ đồng. Đây là cây cầu hiện đại, mang tính nghệ thuật cao đồng thời là
cầu treo có khẩu độ lớn nhất nước ta hiện nay.
Phần nhịp chính:
- Chiều dài nhịp: 125 – 405 – 125 (m)

- Kết cấu dầm: dầm hộp thép.
- Trụ tháp: kết cấu BTCT, cao 92m, móng cọc khoan nhồi đường kính D2500,
sâu khoảng 64m.
- Mố neo cáp: giếng chìm.

MỐ 1
MỐ 2

Hình 1.9. Phối cảnh và sơ đồ cầu Thuận Phước

1.1.3 Một số thơng tin về cầu Akashi và trận động đất Kobe lịch sử : [12]
Cầu Akashi được thiết kế với tải trọng gió đạt vận tốc 80m/s và tải trọng động
đất với 8,5 độ Richter. Vào ngày 17/01/1995, trận động đất đạt 7,2 độ richter đã xảy
ra trong khu vực Kobe và 6000 người đã thiệt mạng . Tâm của trận động đất nằm
gần đầu phía nam của cầu Akashi, khoảng vài km tính từ trung tâm thành phố Kobe.
Cầu Akashi đã trải qua ảnh hưởng của trận động đất với cường độ đạt gần 8 độ

Chun nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 16


Ln Văn Thac Si

richter. Khi trụ tháp và cáp chính thi công gần hoàn chỉnh, công việc xây dựng bản
mặt cầu bắt đầu triển khai thì trận động đất xảy ra. Trong phạm vi 50 km tính từ cầu
Akashi, nhiều nhà và cầu đã bò sụp đổ.
Riêng cầu Akashi chỉ bò hư hại không đáng kể . Cùng với sự di chuyển của
nền đất, Trụ tháp phía nam di chuyển khoảng 80 cm về phía nam, đỉnh của trụ tháp
nghiêng 10 cm về phía nam. Nhòp chính phải tăng thêm 80 cm và có tổng chiều dài

đạt gần 1991m. Nhòp bờ phía nam cũng tăng thêm 30cm. Cuối cùng, tổng chiều dài
cầu treo dây võng tăng thêm khoảng 110cm. Kết quả làm cho độ võng của dây treo
giảm khoảng 130cm. Nhiều đánh giá cho rằng, nếu cáp chủ chưa được thi công
xong thì hư hỏng do động đất không thể nhỏ nhứ thế. Mặc dù động đất xảy ra nhưng
cầu Akashi vẫn hoàn thành vào mùa xuân năm 1998 theo đúng tiến độ dự đònh ban
đầu.
1.1.4 Một số thơng tin về sự cố phá huỷ cầu Tacoma Narrows :
Cầu Tacoma Narrows thuộc bang Washington ( Mỹ ), thời điểm xây dựng cầu
năm 1940, cầu gồm 3 nhịp đối xứng, nhịp giữa dài 853 m, nhịp biên 335 m, chiều
rộng mặt cầu 11.9m, kết cấu dầm sử dụng 2 dầm I, chiều cao 2.42m.
Quan điểm thiết kế đưa ra thay dạng dàn cứng như các thiết kế trước đó bằng
dạng dầm mảnh để giảm lục gió tác động, nghĩa là chú trọng tới việc giảm ngun
nhân gây lục gió hơn là chống lại tác động của gió.
Về mặt tính tốn kết cấu cho thấy cầu an tồn trước tác động của gió và động đất.
Khía cạnh động lực của gió và động đất chưa được đề cập do sự hạn chế của kỹ thuật
phân tích lúc đó.
Tại ngày xảy ra sự cố , cầu Tacoma Narrows đã xuất hiện dao động uốn với biên
độ lên đến 8,5 m/s cùng với dao động xoắn và bị sụp đổ dưới tác dụng của tải trọng gió
19 m/s vào thời điểm 4 tháng sau khi hồn thành. Sau đay là một số hình ảnh về sự cố
phá huỷ cầu Tacoma Narrows :

Hình 1.10 : Hình ảnh dao động mạnh của cầu Tacoma Narrows trước khi bị phá huỷ.
Chun nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 17


Luân Văn Thac Si

Hình 1.11 : Hình ảnh dao động mạnh của cầu Tacoma Narrows trước khi bị phá huỷ.

Hình 1.12 : Hình ảnh dao động mạnh của cầu Tacoma Narrows khi bị phá huỷ.

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 18


Luân Văn Thac Si

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
Các bộ phận chính của cầu treo dây võng được thể hiện trên hình 1.13

Hình 1.13. Cấu tạo chung của cầu treo dây võng

1.2.2. Trụ tháp cầu
Trụ tháp có tác dụng giữ cáp chủ ở độ cao cần thiết, tiếp nhận lực từ cáp chủ và
truyền chúng đến nền móng. Trụ tháp có thể làm bằng thép hoặc 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, 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.
Theo phương dọc cầu, trụ tháp trong cầu treo dây võng chia làm 3 loại: tháp cứng,
tháp mềm và tháp chân khớp (Hình 1.14). Tùy theo đặc điểm yêu cầu của từng loại kết
cấu nhịp, tư vấn thiết kế chọn loại trụ tháp thích hợp và sơ đồ tính chính xác nhất.
• Tháp mềm: thường dùng ở cầu treo nhịp lớn.
• Tháp cứng: thường dùng ở cầu treo 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 1.14. Các dạng kết cấu của trụ tháp

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 19


Luân Văn Thac Si

Theo phương ngang cầu, trụ tháp thường có dạng dàn, dạng cổng hoặc phối hợp
giữa hai dạng trên (Bảng 1.2)
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 1.13)
Bảng 1.2. Các dạng hình học của trụ tháp

Trụ tháp cầu Akashi Kaikyo

Trụ tháp cầu Brooklyn Bridge

Trụ tháp cầu Golden Gate

Trụ tháp cầu Great Belt

Trụ tháp cầu John A .Roebling

Trụ tháp cầu George Washinton

Hình 1.15. Một số trụ tháp cầu treo dây võng
Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 20


Luân Văn Thac Si

1.2.3. Dầm cứng
Hệ dầm cứng của cầu treo dây võng chia làm 2 loại: (Hình 1.16)
• Dầm cứng 2 khớp: thường dùng cho cầu ôtô.
• Dầm liên tục: thường dùng cho cầu ôtô kết hợp với đường tàu hỏa.
Nhược điểm chính của cầu treo dây võng là có độ cứng nhỏ, rất nhạy cảm với các
nguyên nhân gây ra dao động như tải trọng gió và các nguyên nhân gây ra dao động có
tính chất nhịp nhàng. Để khắc phục hiện tượng trên, dầm cứng phải đảm bảo thoát gió
tốt như dàn không gian hoặc dầm có tiết diện hình hộp với chiều cao thấp nhằm tăng
cường khả năng chống xoắn của cầu.
Do đó, dầm cứng thường dùng có thể là dầm dàn, dầm hộp (dùng cho cầu nhịp dài
nhằm đảm bảo ổn định khí động học) hay dầm I (dùng cho cầu nhịp ngắn). (Hình 1.17)
Tỷ số giữa chiều cao dầm h và chiều dài nhịp chính L phụ thuộc vào nhiều yếu tố
và có ảnh hưởng đến độ cứng của toàn hệ, thường chọn h = (1/80 ÷ 1/120).L
Với nhịp càng lớn thì nên chọn tỷ số này nhỏ.
• Khi h > L/60 (độ cứng của hệ lớn), có thể tính theo sơ đồ không biến dạng.
• Khi h ≤ L/60 (độ cứng của hệ nhỏ), khả năng tham gia chịu lực của dầm nhỏ
so với khả năng chịu lực của dây, có thể tính như hệ dây mềm, dầm mềm.

Để đảm bảo ổn định với gió, bề rộng cầu thường chọn B ≥ 1/25L

Dầm cứng hai khớp

Dầm cứng liên tục
Hình 1.16. Các hệ dầm cứng

Dầm I

Dầm dàn

Dầm hộp

(Cầu Bronx – Stonewhite)

( Cầu Mackinac Straits)

( Cầu Humber)

Hình 1.17. Các loại dầm cứng

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 21


Luân Văn Thac Si

1.2.4. Cáp
1.2.4.1. Cáp treo

Là bộ phận có tác dụng truyền lực từ dầm chính đến cáp chủ, các cáp treo thường
chỉ chịu kéo nên được làm bằng thép thanh hoặc các tao cáp song song (Hình 1.18).
Cáp treo thường được bố trí theo phương thẳng đứng. Tuy nhiên, để tăng độ cứng theo
phương dọc người ta có thể bố trí cáp treo xiên.
Theo quy trình về cầu treo, chiều dài tối thiểu của dây đeo không nhỏ hơn 1,5m
(trọng tâm của xe di động trên cầu luôn ở phía dưới dây chủ để đảm bảo an toàn về ổn
định ngang cầu) nhưng cũng có trường hợp chọn bằng không (nối sát với dầm cứng)
nhằm mục đích nâng cao độ cứng của cầu.
Cáp chủ

Đai cáp

Cáp chủ

Bulong đai

Đai cáp

Kẹp

Tấm kẹp
Kẹp cáp

Chân ren
Dây treo

Chân ren

Nối kiểu gối

Nối kiểu bản chốt

Hình 1.18. Các kiểu liên kết giữa cáp chủ và dây treo

1.2.4.2. Cáp chủ
Cáp chủ là bộ phận chịu lực cơ bản có tác dụng tiếp nhận lực từ cáp treo và truyền
đến trụ tháp và mố neo. Ban đầu cáp chủ được làm bằng dây xích, sau đó được thay thế
bằng các sợi cáp đơn song song rồi đến các bó thép sợi cường độ cao lần đầu tiên được
áp dụng cho cầu Brooklyn năm 1883. Ngày nay nó cũng đã được dùng cho nhiều cầu
treo dây võng nhịp dài trên thế giới. Các loại bó sợi song song và bó sợi xoắn được thể
hiện như trong bảng 1.3. Thông thường cáp chủ gồm nhiều tao cáp bó lại nhau trong
một vòng tròn (Hình 1.19 và 1.20).
Ở trạng thái hệ chưa chịu tác dụng của tải trọng di động, dây chủ thường có dạng
đường cong parabol. Tỷ lệ giữa đường tên võng f và chiều dài nhịp L phụ thuộc giá
thành xây dựng cầu và đảm bảo điều kiện về ổn định khí động học. Thông thường tỷ lệ
này được lấy khoảng bằng 1/10.

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 22


Luân Văn Thac Si

Bảng 1.3. Các dạng cáp trong cầu treo dây võng
Tên cáp

Hình dạng mặt cắt

Cấu trúc

Cầu

Các dây kim loại được xếp Brooklyn
song song trong hình lục
Humber
giác.

Sợi song song

Great Belt East
Akashi Kaikyo
Sáu bó sợi (tao) xoắn xung St.John
quanh một bó sợi (tao) giữa.

Bó sợi (tao)

Các sợi kim loại được xoắn Little Belt
lại với nhau thành nhiều lớp
Tancaville
chính.

Sợi xoắn

Wakato
Dây kim loại được quấn Kvalsun
thành cuộn tròn bao quanh
Emmerich
các sợi cáp xoắn.

Cáp cuộn

Albsborg
New Koln RodenKirchen

Sợi cáp mạ kẽm (Φ 7mm)
Ống bọc Polyetylen

Hình 1.19. Tao cáp song song được bọc bởi ống PE

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 23


Luân Văn Thac Si

Mặt cắt cáp chủ

Cáp chủ cầu Great Belt East

Hình 1.20. Cấu tạo cáp chủ cầu Great Belt East

1.2.5. Neo cáp
Thông thường có hai biện pháp neo cáp chủ: Neo vào đất nền bằng khối neo và
neo vào dầm cứng (Hình 1.21).
Neo vào đất nền bằng khối neo (Hình 1.22). 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 này có ưu điểm là đơn giản, giảm khối lượng
xây dựng hố neo nhưng có nhược điểm là lực căng trong dây sẽ gây ra uốn dọc trong
dầm cứng. Ngoài ra, sự thay đổi nhiệt độ cũng có ảnh hưởng khi sử dụng cách neo này.

Neo vào nền đất

Neo vào dầm cứng

Hình 1.21. Các kiểu neo cáp chủ

Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 24


Luân Văn Thac Si

Yên ngựa

Tao cáp
Phần chịu kéo

Cáp chủ
Khối neo

Thanh neo

Khối đỡ

Yên ngựa
Thanh đỡ

Đế cáp
Dàn neo cứng

Thanh neo

Mặt cắt A-A

Hình 1.22. Hệ thống neo
• Hệ thống neo trọng lực-Cầu Akashi Kaikyo (b) Hệ thống hầm neo-Cầu George Washington

Hình 1.23. Khối neo cầu treo dây võng

1.3. PHÂN LOẠI CẦU TREO DÂY VÕNG
1.3.1. Phân loại theo số lượng nhịp

Câu treo dây võng cung như các loai câu khác rất đa dang về sơ đô bô trí nhịp, sau
đây la các loai thông thương nhất hay đươc sử dụng:
Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm

Trang 25