Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách dây treo đến sự phân bố nội lực và chuyển vị trong cầu treo dây võng 3 nhịp

-1-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Như chúng ta đã biết cầu treo dây võng là một dạng kết cấu có nhiều ưu điểm:
như yếu tố thẩm mỹ, khai thác triệt để tính năng của vật liệu cấu tạo nên các bộ phận
của cầu, khả năng vượt khẩu độ rất lớn mà các loại kết cấu khác không làm được kể
cả cầu dây văng. Chính vì vậy mà cầu treo dây võng ngày càng được xây dựng nhiều
hơn trên thế giới cũng như ở Việt Nam, cụ thể như ở Đà Nẵng có Cầu Thuận Phước
đã trở thành một trong những biểu tượng của thành phố miền trung này.
Về mặt kỹ thuật cầu treo dây võng là một hệ siêu tĩnh bậc cao. Nên có rất nhiều
yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố nội lực trong cầu treo dây võng như: chiều dài
nhịp, cấu tạo dầm chính, số lượng mặt phẳng dây treo, khoảng cách dây treo, chiều
cao tháp cầu, vật liệu… . vì vậy mà việc nghiên cứu sự phân bố nội lực cũng như
chuyển vị trong các bộ phận của cầu là quan trọng, để có thể tận dụng tối đa khả
năng chịu lực cũng như tiết kiệm vật liệu nhất.
Về mặt nhu cầu thực tế của xã hội thì hiện nay bộ Giao Thông Vận Tải đang có
chương trình xây dựng 186 cầu treo dân sinh để đảm bảo giao thông cho các tỉnh
miền núi phía bắc, miền trung và tây nguyên.
Chính vì vậy mà các nghiên cứu về cầu treo dây võng là cần thiết và thực tế.
Trong đó đề tài “nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách dây treo đến sự phân bố
nội lực và chuyển vị trong cầu treo dây võng 3 nhịp” là một trong số đó.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nội dung của luận văn tập trung giải quyết hai vấn đề chính sau:
- Nghiên cứu và vận dụng các lý thuyết tính toán cầu treo dây võng.
- Phân tích ảnh hưởng của khoảng cách dây treo đến sự phân bộ nội lực và biến
dạng trong kết cấu cầu treo dây võng với các sơ đồ đã chọn sẵn.
3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được thực hiện theo trình tự sau:
- Tìm kiếm và tổng hợp các tài liệu liên quan.

-2- Trình bày các lý thuyết tính toán kết cấu cầu treo dây võng đặc biệt nghiên
cứu sâu về phương pháp phần tử hữu hạn.
- Lựa chọn các trường hợp nghiên cứu cụ thể sau đó tiến hành xây dựng mô
hình kết cấu cho các trường hợp nhờ phần mềm Midas/Civil.
- Tổng hợp, phân tích, so sánh kết quả nội lực và biến dạng trong các trường
hợp nghiên cứu từ đó rút ra kết luận và kiến nghị.
4. Giới hạn của đề tài
Đề tài chỉ xem xét phân tích cầu trong giai đoạn khai thác, dùng lý thuyết biến
dạng nhỏ và phân tích tuyến tính mà không xét đến giai đoạn thi công.
Luận văn không đi sâu nghiên cứu về động lực học công trình, ổn định tổng thể
của kết cấu cũng như kiểm toán ứng suất trong các tiết diện.


-3-

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU TREO DÂY VÕNG
Trong chương này đề tài giới thiệu một cách khái quát về lịch sử phát triển của cầu
treo dây võng trên thế giới và ở Việt Nam.
1.1. Lịch sử phát triển cầu treo dây võng trên thế giới
Cầu treo dây võng có một lịch sử phát triển lâu đời. Cách đây hơn 2000 năm
cầu treo dây võng với cáp treo bằng xích sắt đã được xây dựng ở Trung Quốc và ấn
Độ. Cầu treo dây võng ở ra đời ở Phương Đông nhưng lại thực sự phát triển ở Châu
Âu vào thế kỷ 19 khi nền công nghiệp luyện thép phát triển mạnh. Cho đến nay, 20
chiếc cầu có nhịp chính dài nhất trên thế giới vẫn là cầu treo dây võng.
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.

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).
Với yếu tố thẩm mỹ nồi bật nhiều cầu treo dây võng trở thành 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…
Hiện nay, cầu treo Akashi Kaikyo (Hình 1.4) là cây cầu treo dây võng dài nhất
trên thế giới được hoàn thành năm 1998, sau 10 năm thi công, sơ đồ nhịp
960+1991+960 (m) = 3911m, có 6 làn xe. Cầu nối liền Bắc Maiko ( ở Shikoku ) và
Nam Matsuho ( ở Awaji ), hai bên là cầu dẫn bằng bê tông.
1.2. Lịch sử phát triển cầu treo dây võng ở Việt Nam
Ở nước ta đã bắt đầu xây dựng nhiều cầu treo bán vĩnh cửu từ năm 1965.
Nhưng chiếc cầu treo đầu tiên là loại cầu cáp không cổng, chỉ có một hệ dây, với


-4khẩu độ từ 80-120m. Loại cầu này được thiết kế định hình và được ứng dụng rộng
rãi trong thời kỳ chiến tranh (1965-1975). [10]
Với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ cả về khía cạnh lý thuyết tính
toán, phần mềm ứng dụng, cộng nghệ thi công, cũng như vật liệu thì hiện nay nước
ta cũng đã xây dựng được nhiều cầu treo dây võng vượt nhịp lớn. Cụ thể một cầu
treo dây võng có quy mô tương đối lớn đã được xây dựng và khai thác đó là cầu
Thuận Phước (Hình 1.5) tại thành phố Đà Nẵng.
Cầu Thuận Phước bắc qua sông Hàn được thiết kế với các thông số cơ bản sau:
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 Thuận
300m), rộng 18m cho 4 làn xe lưu thông, tải trọng 13 tấn với tổng kinh phí xây dựng
hơn 650 tỷ đồng. Đây là cầu treo dây võng 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.
1.3. Kết Luận
Tóm lại cầu dây võng đã được xây dựng nhiều trên thế giới và sẽ càng phát
triển hơn trong tương lai. Nhiều công trình cầu đã trở thành biểu tượng của thành
phố và của cả một đất nước. Còn ở Việt Nam những năm gần đây cầu treo dây võng
đã được đề xuất xây dựng ở nhiều nơi, chính vì vậy việc nghiên cứu về cầu dây võng
cần phải được xem xét đầu tư thích đáng .


-5-

Hình 1.1. Cầu Clifton và cấu tạo hệ cáp chủ [11]

Hình 1.2. Cầu Golden Gate. [11]

Hình 1.3. Cầu Jang Yin. [11]


-6-

Hình 1.4. Cầu Akashi Kaikyo. [11]

MOÁ 1
MOÁ 2

Hình 1.5. Phối cảnh và sơ đồ cầu Thuận Phước. [11]
Bảng 1.1. Một số cầu treo dây võng trên thế giới. [11]

STT

Ảnh Cầu

Tên Cầu

Năm
Hoàn
Thành

Sơ Đồ Nhịp (m)

1998

960 – 1991 – 960

Akashi-Kaikyo
Nhật Bản
1


-7Runyang
Trung Quốc
2

2005

1490

1964

370,3 – 1298,5 – 370,3

1937

342,9 – 1280 – 342,9

1997

310 – 1210 – 280

1989

274 – 1100 – 274

1973

231 – 1074 – 255

1931

185,9 – 1066,8 – 198,1

Verrazano-Narrows
Mỹ (New York)
3

Golden Gate
Mỹ(San

4

Francisco)
Högakustenbron

5

Thụy Điển

Minami Bisan-Seto
6

Nhật Bản

Boğaziçi
Thổ Nhĩ Kỳ
7

(Istanbul)
George Washington
Mỹ (New York)

8


-8-

CHƯƠNG 2
CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG
Trong chương này đề tài sẽ giới thiệu các đặc điểm cơ bản, phân loại, các thông số

quan trọng của các bộ phận chính trong cầu treo dây võng.
2.1. Cấu tạo các bộ phận chính của cầu treo dây võng
Cấu tạo chung của cầu treo dây võng được thể hiện như hình 2.1 bên dưới.

Hình 2.1. Cấu tạo chung của cầu treo dây võng. [10]
2.2. Trụ tháp cầu
Trụ tháp là kết cấu trung gian thẳng đứng, tiếp nhận lực từ cáp chủ truyền
xuống 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 được chia làm 3 loại: tháp cứng, tháp mềm và
tháp chân khớp (Hình 2.2). Tùy theo sơ đồ nhịp mà chọn loại trụ tháp thích hợp.
• Tháp mềm: thường dùng ở cầu treo nhịp lớn.


-9• 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.
Theo phương ngang cầu, trụ tháp thường có dạng dàn, dạng cổng hoặc phối
hợp giữa hai dạng trên (Bảng 2.1)
Bề rộng của cột trụ tháp theo phương dọc cầu thường chọn khoảng 1/20÷1/27
chiều cao cột trụ [10].
Một số trụ tháp cầu dây võng trên thế giới ( Hình 2.3)
2.3. Dầm cứng
Hệ dầm cứng của cầu treo dây võng là kết cấu dọc để chịu và phân bố tải trọng.
Dầm cứng được chia làm 2 loại: (Hình 2.4)
• Dầm cứng 2 khớp: thường dùng cho cầu ôtô.
• Dầm liên tục: thường dùng cho cầu ôtô kết hợp với đường tàu hỏa.

Vì cầu treo dây võng 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.
Nên dầm cứng phải đảm bảo ổn định khí động học.
Do đó, dầm cứng thường dùng là dầm dàn, dầm hộp có chiều cao thấp cho cầu
nhịp lớn hoặc cũng có thể dùng dầm I (cho cầu nhịp ngắn). (Hình 2.5)
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. [10]
• 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. [10]
Để đảm bảo ổn định với gió, bề rộng cầu thường chọn B ≥ 1/25L.
2.4. Cáp
2.4.1. Cáp treo
Là bộ phận kết nối giữa dầm cứng và cáp chủ. Tác dụng của cáp treo là truyền
lực từ dầm chính đến cáp chủ, cáp treo thường chỉ chịu kéo nên được làm bằng thép
thanh hoặc các tao cáp song song (Hình 2.6). Cáp treo thường được bố trí theo


-10phương thẳng đứng. Ngoài ra để tăng độ cứng theo phương dọc người ta có thể bố trí
cáp treo xiên, hoặc bố trí kết hợp.
Chiều dài tối thiểu của dây treo 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.[10]
2.4.2. Cáp chủ
Cáp chủ là bộ phận chịu lực cơ bản trong cầu treo dây võng, có tác dụng tiếp
nhận lực từ cáp treo và truyền đến trụ tháp và mố neo. Trong quá khứ 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 với nhau trong một vòng tròn (Hình 2.7 và
2.8).
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. [10]
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 2.9).
• Neo vào đất nền bằng khối neo (Hình 2.10,2.11). 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.[10]
•

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


-11dọc trong dầm cứng. Ngoài ra, sự thay đổi nhiệt độ cũng có ảnh hưởng khi sử dụng
cách neo này.[10]
2.6. Phân loại cầu treo dây võng
2.6.1. Phân loại theo số lượng nhịp
Theo sơ đồ nhịp cầu treo dây võng có thể được chia thành 3 loại sau:
- Cầu treo dây võng 1 nhịp:
Cầu gồm hai trụ tháp; dầm cứng một nhịp tựa lên hai gối cứng trên trụ tháp và

các gối đàn hồi là các điểm neo của các dây võng, cáp chủ được liên kết vào mố neo
đặt sâu trong nền đường (Hình 2.12).
- Cầu treo dây võng 3 nhịp:
Sơ đồ này được dùng nhiều nhất trong cầu treo dây võng. Cầu gồm hai trụ tháp,
dầm cứng ba nhịp (có thể là dầm liên tục hay dầm hai khớp) tựa trên các gối cứng là
mố, trụ tháp và các gối đàn hồi là các điểm neo của dây võng. (Hình 2.13).
- Cầu treo dây võng nhiều nhịp
Vì độ cứng của kết cấu rất nhỏ nên cầu treo dây võng nhiều nhịp thường chỉ
được thiết kế với khổ cầu hẹp phần lớn dành cho người đi bộ, như cầu Dhodhara
Chandani ở Nepal. Cầu rộng 1,6m với tổng chiều dài 1452,96 m gồm 8 trụ tháp có
chiều cao 32,72 m, khẩu độ nhịp giữa hai trụ tháp kế nhau là 225,4 m (Hình 2.14).
2.6.2. Phân loại theo sự bố trí dây treo
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 liên kết
với cáp chủ tạo thành các gối đàn hồi của dầm liên tục. Đây là sơ đồ dây treo được
áp dụng phổ biến cho các cầu dây võng (Hình 2.15).
- 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
(Hình1.26).
- Sơ đồ dây võng kết hợp với dây văng:


-12Là sơ đồ kết hợp giữa kết cấu dây võng và dây văng tạo thành hệ dây treo hỗn
hợp (Hình 2.17).
2.6.3. Phân loại theo số mặt phẳng dây
Trong cầu dây võng có các sơ đồ mặt phẳng dây như sau:
- Sơ đồ một mặt phẳng dây
(Hình 2.18).

- Sơ đồ hai mặt phẳng dây
Đây là sơ đồ được sử dụng nhiều trong các cầu treo dây võng hiện nay
(Hình2.19).
Ngoài ra, khi mặt cắt ngang cầu đòi hỏi lớn có thể bố trí ba hoặc nhiều hơn số
mặt phẳng dây cáp chủ.
2.7. Cách bố trí chiều dài nhịp trong cầu treo dây võng
2.7.1. Cách chọn chiều dài nhịp trong cầu treo dây võng
Thông thường thì chiều dài nhịp hợp lý của cầu treo dây võng là 400 – 2000m.
Với khả năng vượt nhịp lớn, cầu treo dây võng là giải pháp để giảm bớt khối lượng
móng sâu. Tuy nhiên giá thành xây dựng kết cấu bên trên cầu cũng ảnh hưởng nhiều
đến chiều dài nhịp, tĩnh không thông thuyền cũng là một yếu tố quyết định đến chiều
dài nhịp giới hạn của cầu.
Ngoài ra các yếu tố về nội lực, chuyển vị trong cầu cũng phụ thuộc nhiều vào
chiều dài nhịp cầu. Vì vậy việc chọn sơ đồ kết cấu nhịp hợp lý là rất quan trọng và
cần thiết.
• Sơ đồ cầu treo dây võng một nhịp: với sơ đồ này sẽ loại trừ được khả năng
làm móng sâu (ngoài biển, sông hay vực sâu) mà thay vào đó hai trụ tháp sẽ được thi
công gần bờ đất liền giảm đáng kể chi phí xây dựng. Nhưng với sơ đồ nhịp lớn thì
không khả thi.
• Sơ đồ cầu treo dây võng ba nhịp với một nhịp chính và hai nhịp biên: đây là
sơ đồ được dùng phổ biến cho nhiều cầu treo dây võng. Trong đó quan hệ tỷ lệ giữa
chiều dài nhịp biên và chiều dài nhịp chính ảnh hưởng nhiều đến nội lực và biến
dạng của các kết cấu đặc biệt là dầm chủ..


-13• Sơ đồ cầu treo dây võng nhiều nhịp với cáp chủ chạy liên tục: với sơ đồ này
độ cứng theo phương ngang cầu của trụ tháp giữa thường rất nhỏ, nên nó chỉ thích
hợp với cầu khổ hẹp. Có thể dùng tháp chữ A để tăng độ cứng theo phương ngang.
2.7.2. Thi công kết cấu nhịp
Trong cầu treo dây võng, kết cấu nhịp được lắp vào cáp treo theo từng đoạn.

Có rất nhiều phương pháp ghép nối các đoạn dầm cứng với nhau.
2.7.2.1. Phương pháp liên kết
Các phân đoạn dầm chủ trong cầu treo dây võng được liên kết theo một trong
hai cách sau đây :
• Liên kết khớp: phương pháp này đơn giản, nội lực trong kết cấu nhịp ít bị
thay đổi trong suốt quá trình thi công nhưng độ ổn định về khí động lực kém. [10]
• Liên kết cứng: các đoạn dầm được nối cứng tuyệt đối với nhau tạo nên độ
cứng liên tục cho toàn kết cấu nhịp, tăng cường ổn định khí động lực với độ chính
xác cao. Tuy nhiên cần liên kết tạm giữa đoạn dầm cứng và dây treo để giảm ứng
suất tăng cao cho kết cấu nhịp trong quá trình thi công . [10]
2.7.2.2. Phương pháp lắp dầm cứng
Thông thường có hai phương pháp lắp dầm cứng là:
• Lắp từng khối dầm từ giữa nhịp (Hình 2.20) Các đoạn dầm đúc sẵn được xà
lan chở đến vị trí lắp dựng, sau đó được cẩu hoặc tời kéo đặt trên cáp chủ lắp vào
dây treo từ giữa nhịp ra hai bên, liên kết giữa các đoạn dầm theo kiểu khớp nối.
Phương pháp này chịu ảnh hưởng nhiều của chế độ triều cường và cản trở giao
thông dưới cầu. [10]
• Lắp hẫng từ trụ tháp hoặc khối neo (Hình 2.21) thường dùng cho dầm chính
kiểu dàn, các ô dàn lần lượt được hai cần cẩu nhỏ lắp dần ra hai bên trụ tháp hoặc
khối neo. Phương pháp này có ưu điểm tạo độ cứng liên tục cho kết cấu nhịp và
không cản trở giao thông tàu bè trong quá trình thi công. [10]
2.7.3. Thống kê về tỷ lệ chiều dài nhịp của một số cầu treo dây võng
Để có cơ sở lựa chọn thông số tỷ lệ giữa chiều dài nhịp biên và chiều dài nhịp
chính, ta tiến hành thống kê một số cầu treo dây võng đã được xây dựng trên thế giới


-14(Bảng 2.1). Từ đó tìm ra thông số tỷ lệ thường được chọn trong thực tế giữa chiều
dài nhịp biên và nhịp chính.
Bảng 2.1. Thống kê tỷ lệ chiều dài nhịp một số cầu treo dây võng.[11]
STT

Tên cầu

Năm XD

Quốc Gia

Chiều dài Chiều dài
nhịp chính nhịp biên L1 / L0
L0 (m)
L1 (m)

1

Triborough

1929-1936

Mỹ

420,9

214,8

0,510

2

San Francisco-Oakland

1936

Mỹ

704,1

353,6

0,502

3

Akashi Kaikyo

1988-1998

Nhật Bản

1991

960

0,482

4

25 de Abril

1966

Thổ Nhĩ Kỳ

1012,9

483,4

0,477

5

Mackinac Straits

1957

Mỹ

1158,2

548,6

0,473

6

Forth Road

1958-1964

Anh

1006.5

408

0,405

7

Kwang Ahn Great

2002

Hàn Quốc

500

200

0,400

8

Angostura

1967

Venezuela

712

280

0,392

9

Ohnaruto

1985

Nhật Bản

876

330

0,377

10

Great Belt East

1991-1998

Đan Mạch

1624

535

0,329

11

Bronx - Whitestone

1937-1939

Mỹ

701

224

0,320

12

Severn

1961-1966

Anh

987,6

304,8

0,309

13

Thuận Phước

2003-2009

Việt Nam

405

120

0,296

14

Verrazano Narrows

1964

Mỹ

1298,5

370,3

0,285

15

Pierre Laporte

1966-1970

Canada

667,5

186,5

0,279

16

HaiCang

1999

Trung Hoa

648

180

0,278

17

Kita Bisan-Seto

1988

Nhật Bản

990

274

0,277

18

Golden Gate

1937

Mỹ

1280

343

0,268

19

Cincinnati - Covington

1856-1867

Mỹ

322,4

85,67

0,264

20

Minami Bisan-Seto

1988

Nhật Bản

1100

274

0,249

21

Shimotsui-Seto

1988

Nhật Bản

940

230

0,245

22

Semipata Linsk Irtysh

1998-2002

Kazakhstan

750

168

0,224

23

Rainbow

1993

Nhật Bản

570

114

0,200


-1524

Matadi

1979-1983

Congo

520

91

0,175

25

George Washinton

1931

Mỹ

1066,8

186

0,174

Từ thực tế các cầu đã được xây dựng và đang khai thác có hiệu quả, thống kê
như bảng 2.1, ta nhận thấy tỷ số giữa chiều dài nhịp biên (L 1) và chiều dài nhịp
chính (L0) thay đổi trong phạm vi rất lớn L1/L0 = 0,17 ÷ 0,51. Chính vì vậy, trong đề
tài này em cũng lựa chọn tỷ lệ nhịp biên và nhịp chính trong khoảng này.
2.8. Các đặc điểm của trụ tháp và tỷ lệ chiều cao trụ tháp
Để có cơ sở lựa chọn tỷ lệ chiều cao trụ tháp và chiều dài kết cấu nhịp ta thống
kê các cầu treo dây võng đã được xây dựng trên thế giới và xem xét tỷ lệ giữa
chúng.
Bảng 2.2. Thống kê tỷ lệ chiều dài nhịp và chiều cao trụ tháp của một số cầu treo
dây võng trên thế giới.[11]
STT

Tên cầu

Nhịp
chính L0
(m)

Trụ
Tháp
H(m)

Nhịp
biên L1
(m)

H/L0

H/L1

Vật liệu
trụ tháp

1

Massina Straits

3300

382.6

810

0.116

0.472

Thép

2

Akashi Kaikyo

1991

282.8

960

0.142

0.294

Thép

3

Runyang

1490

207

-

0.139

-

Thép

4

Verrazano Narrows

1298

207

307.3

0.159

0.673

Thép

5

Golden Gate

1280

227.4

343

0.178

0.663

Thép

6

Hega Kusten

1210

180

310

0.148

0.580

Thép

7

Mackinac Straits

1158

168

548.6

0.145

0.306

Thép

8

George Washington

1067

183

186

0.171

0.984

Thép

9

Ponte 25 de Abril

1013

190.5

483.4

0.188

0.394

Thép

10

Forth Road

1006

150.12

408

0.149

0.368

Thép

11

Kita Bisan – Seto

990

161.1

274

0.163

0.588

Thép

12

Severn

987.5

136

304.8

0.1377

0.446

Thép

13

Ohnaruto

876

128.3

330

0.146

0.388

Thép

14

Jiangyin

1385

190

336

0.137

0.565

BTCT


-1615

Great Belt East

1624

254

535

0.156

0.474

BTCT

16

Humber

1410

155.5

280

0.110

0.555

BTCT

17

Tsing Ma

1377

206

455

0.150

0.453

BTCT

18

Storda

677

97

-

0.143

-

BTCT

19

Thuận Phước

405

98

120

0.242

0.816

BTCT

Từ thực tế những cây cầu đã được xây dựng, qua thống kê giữa tỷ lệ chiều cao
trụ tháp H và nhịp chính L 0 ta thấy H/L0=0.110 ~ 0.333. Mặt khác ta lại có
H/L1=0.3~1.0. Từ đây ta chọn H/L 1=0.6~0.8 để xem xét nghiên cứu. (Với H i=hi + h:
Trong đó h=40m=const là chiều cao từ đỉnh bệ đến dầm, h i là chiều cao từ dầm đến
đỉnh trụ tháp. Vậy ta chọn hi/Li=0.3~0.4).
2.9. Các nghiên cứu đã có
• Luận văn thạc sĩ :Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến sự phân bố
nội lực và biến dạng trong cầu treo dây võng. Tác giả Đỗ Tiến Đạt, học viên
khóa 2006 - Trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, luận văn kiến nghị
một số vấn đề khi thiết kế sơ bộ cầu treo dây võng ba nhịp 2 mặt phẳng dây
với sơ đồ dây treo thẳng đứng về tỷ lệ giữa chiều dài nhịp biên và chiều dài
nhịp chính.
• Ngô Đăng Quang, Nguyễn Đức Thanh – Mô hình hóa và phân tích cầu treo
dây võng bằng phần mềm MIDAS/Civil.
• Nguyễn Lan - Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng. Bài báo: Phân
tích kết cấu cầu treo dây võng theo sơ đồ biến dạng tương tác cùng đất nền.


-17-

Bảng 2.3. Các dạng hình học của trụ tháp. [10]

Tên cáp

Hình dạng mặt

Cấu trúc

cắt

Các dây kim loại được
Sợi song song

Brooklyn

xếp song song trong hình

Great Belt East

lục giác.

Akashi Kaikyo

Sáu bó sợi (tao) xoắn
Bó sợi (tao)

Cầu

St.John

xung quanh một bó sợi
(tao) giữa.

Sợi xoắn

Các sợi kim loại được

Little Belt

xoắn lại với nhau thành

Tancaville

nhiều lớp chính.

Wakato

Dây kim loại được quấn
Cáp cuộn

Kvalsun

thành cuộn tròn bao quanh

Emmerich

các sợi cáp xoắn.

Albsborg

New Koln RodenKirchen

Bảng 2.4. Các dạng cáp trong cầu treo dây võng. [10]


-18-

Tháp cứng

Tháp mềm

Tháp chân khớp

Hình 2.2. Các dạng tháp cầu treo dây võng. [10]

Trụ tháp cầu Akashi Kaikyo

Trụ tháp cầu Great Belt

Trụ tháp cầu Forth Road

Trụ tháp cầu Golden Gate

Trụ tháp cầu John A .RoeblingTrụ tháp cầu George Washinton

Hình 2.3. Một số trụ tháp cầu treo dây võng


-19-

Dầm cứng hai khớp

Dầm cứng liên tục

Hình 2.4. Các hệ dầm cứng. [10]

Dầm I
(Cầu Bronx – Stonewhite)

Dầm dàn
( Cầu Mackinac Straits)

Dầm hộp
( Cầu Humber)

Hình 2.5. Các loại mặt cắt ngang dầm cứng. [10]

Cáp chủ

Đai cáp

Cáp chủ

Bulong đai

Tấm kẹp

Đai cáp

Kẹp

Chân
ren

Kẹp cáp

Dây
treo

Chân ren

Nối kiểu gối

Nối kiểu bản chốt

Hình 2.6. Các kiểu liên kết giữa cáp chủ và dây treo. [10]


-20Ống bọc Polyetylen
Sợi cáp mạ kẽm (Φ7mm)

Hình 2.7. Tao cáp song song được bọc bởi ống PE.

Mặt cắt cáp chủ

Cáp chủ cầu Great Belt East

Hình 2.8. Cấu tạo cáp chủ cầu Great Belt East.[11]

Neo vào nền đất
Neo vào dầm cứng

Hình 2.9. Các kiểu neo cáp chủ. [10]


-21-

Hình 2.10. Khối neo cầu treo dây võng [11]

Hình 2.11. Hệ thống neo. [10]


-22-

Cầu Chavanon ( Pháp - 2000 ). [11]

Cầu Humen ( Trung Quốc - 1997 ). [11]

Hình 2.12. Cầu treo dây võng một nhịp. [10]

Cầu Forth Road (Anh - 1964 ). [11]

Cầu Mackinac Straits (Mỹ - 1957). [11]

Hình 2.13. Cầu treo dây võng 3 nhịp. [10]


-23-

Cầu Dhodhara Chandani (Nepal - 2005). [11]

Hình 2.14. Cầu treo dây võng nhiều nhịp. [10]

Cầu Verrazano Narrows (Mỹ - 1964)
[11]

Cầu Bronx Whitestone (Mỹ - 1939).
[11]

Hình 2.15. Dây treo thẳng đứng. [10]


-24-

Cầu Bosporus (Thổ Nhĩ Kỳ - 1973). [11]

Cầu Severn (Anh - 1966). [11]

Hình 2.16. Dây treo chéo nhau. [10]

Cầu Brooklyn (Mỹ - 1883). [11]

Cầu Cincinnati Roebling (Mỹ - 1867).
[11]

Hình 2.17. Dây võng kết hợp dây văng.[10]


-25-

Cầu Konohana (Nhật - 1990). [11]
Cầu Chavanon (Pháp - 2000). [11]

Hình 2.18. Cầu dây võng một mặt phẳng dây

Hình 2.19. Cầu Akashi Kaikyo (Nhật - 1998). [11]

Hình 2.20. Phương pháp lắp từng khối dầm (cầu Kurushima Kaikyo - Nhật Bản)[10]