Nghiên cứu ảnh hưởng sơ đồ bố trí hệ giằng ngang đến nội lực và ổn định trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

TRẦN XUÂN THÁI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG
NGANG ĐẾN NỘI LỰC VÀ ỔN ĐỊNH TRONG CẦU
VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP. HCM 11- 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

TRẦN XUÂN THÁI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG
NGANG ĐẾN NỘI LỰC VÀ ỔN ĐỊNH TRONG CẦU
VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG
CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

MÃ SỐ: 60580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN BÁ HOÀNG

TP. HCM 11- 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 06 tháng 11 năm 2014

Học viên

Trần Xuân Thái


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô đã giảng dạy trong
chương trình Cao học của lớp Cao học Xây Dựng Cầu Hầm khóa 2011 – Trường
Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh, những người đã tận tình chỉ
dạy cho tôi trong suốt thời gian học và truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu ích
để hoàn thành tốt luận văn.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Bá Hoàng, người đã
dành nhiều thời gian, tâm huyết để hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn
này.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Đại học Giao Thông
Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh, các thầy cô Phòng Đào tạo sau Đại học đã tạo
nhiều điều kiện đề tôi học tập, thu thập dữ liệu và thông tin của luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hoàn thành luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình
và năng lực của mình. Tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và các anh chị học viên.

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 06 tháng 11 năm 2014

Học viên

Trần Xuân Thái


TÓM TẮT LUẬN VĂN
1.Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Nhằm mục đích xem xét ảnh hưởng của sơ đồ bố trí hệ giằng ngang đến nội
lực và ổn định trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông, luận văn xem xét các hệ giằng
ngang thường gặp của cầu vòm ống thép nhồi bê tông là dạng I, K và X.
Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu tham khảo liên quan đến cầu vòm
ống thép nhồi bê tông. Phân tích lý thuyết tính toán, lựa chọn một số trường hợp và
tiến hành mô hình theo phương pháp phần tử hữu hạn nhờ phần mềm Midas/Civil.
2. Các nội dụng đã thực hiện của luận văn
Trong nội dung luận văn kết cấu được tính toán và phân tích thông qua mô
hình cầu trên phần mềm Midas/Civil có các hệ giằng ngang dạng I, K và X với 6
chiều dài nhịp lần lượt là 50m, 100m, 150m, 200m, 250m và 300m. Với mục đích
không mất tính tổng quát, kết quả trình bày chỉ thể hiện một số mặt cắt và phần tử
bất lợi làm đại diện, ta chọn mặt cắt giữa nhịp và mặt cắt 1/4 theo phương dọc cầu.
Tổng hợp, phân tích, so sánh kết quả dưới dạng đồ thị từ đó đưa ra những kết
luận và kiến nghị, luận văn hướng đến kết quả nghiên cứu sẽ là một trong những cơ

sở để lựa chọn phương án bố trí hệ giằng ngang của cầu vòm ống thép nhồi bê tông
trong tương lai.
3. Các kết quả đã đạt được
Xét tổng thể về khía cạnh nội lực trong vòm thì trong trường hợp cầu có liên kết
ngang dạng K,X cho ta giá trị là gần bằng nhau và thường nhỏ hơn 20% so với có
liên kết ngang dạng I.
Lực dọc trong cáp giằng có giá trị chênh lệch ít nhất trong cầu có hệ liên kết
ngang dạng X và lớn nhất trong cầu có hệ liên kết ngang dạng I. Chuyển vị của vòm
theo hai phương thẳng đứng chênh lệch nhỏ nhất ở liên kết ngang dạng X và cũng
cho giá trị chuyển vị thường là nhỏ nhất.
Qua kết quả nghiên cứu luận văn kiến nghị: nếu trừ đi yếu tố thẩm mỹ thì ta chọn
cầu có liên kết ngang dạng X.


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU................................................................................................. 01
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 01
2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 01
3. Nội dung nghiên cứu......................................................................................... 01
4. Giới hạn của đề tài ............................................................................................ 02
PHẦN NỘI DUNG .............................................................................................. 03
Chương 1:Tổng quan về cầu vòm ống thép nhồi bê tông ............................... 03
1.1 Giới thiệu chung ............................................................................................. 03
1.2 Nội dung chương ............................................................................................ 03
1.2.1 Lịch sử phát triển cầu vòm ống thép nhồi bê tông trên thế giới ............ 03
1.2.2 Lịch sử phát triển cầu vòm ống thép nhồi bê tông ở Việt Nam............. 04
1.3 Kết luận ........................................................................................................... 04
Chương 2: Các đặc điểm cơ bản của cầu vòm ống thép nhồi bê tông ........... 06
2.1 Giới thiệu chung ............................................................................................. 06
2.2 Nội dung chương ............................................................................................ 06

2.2.1 Giới thiệu về kết cấu ống thép nhồi bê tông .................................... 06
2.2.1.1 Định nghĩa và phân loại kết cấu ống thép nhồi bê tông ......... 06
2.2.1.2 Đặc điểm kết cấu ống thép nhồi bê tông................................. 06
2.2.2 Phân loại cầu vòm ............................................................................ 07
2.2.2.1 Phân loại cầu vòm trên cơ sở liên kết vòm-mố ...................... 07
2.2.2.2 Phân loại cầu vòm trên cơ sở sơ đồ tĩnh học .......................... 08
2.2.2.3 Phân loại cầu vòm trên cơ sở độ cứng vòm-dầm..................... 08
2.2.3 Cấu tạo chi tiết cầu vòm ống thép nhồi bê tông .............................. 09
2.3 Kết luận ........................................................................................................... 09
Chương 3. Cơ sở lý thuyết tính toán cầu vòm ống thép nhồi bê tông............ 10


3.1 Giới thiệu chung ............................................................................................. 10
3.2 Nội dung chương ............................................................................................ 10
3.2.1 Tính toán nội lực cầu vòm theo cơ học kết cấu ..................................... 10
3.2.1.1 Tính toán nội lực trong cầu vòm có thanh kéo ............................. 10
3.2.1.2 Độ cứng của dầm ảnh hưởng đến nội lực trong vòm ................... 14
3.2.2 Tính toán kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn .......................... 15
3.3 Kết luận ........................................................................................................... 16
Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng sơ đồ bố trí hệ giằng ngang đến nội lực và
ổn định trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông .................................................. 17
4.1 Giới thiệu chung ............................................................................................. 17
4.2 Nội dung chương ............................................................................................ 17
4.2.1 Lựa chọn các trường hợp nghiên cứu .................................................... 17
4.2.1.1 Sơ đồ kết cấu cầu .......................................................................... 17
4.2.1.2 Các trường hợp hệ giằng ngang nghiên cưú ................................. 18
4.2.1.3 Các thông số về vật liệu và đặc trưng hình học ............................ 24
4.2.1.4 Các trường hợp tải trọng nghiên cứu ............................................ 27
4.2.2 Mô hình tính toán................................................................................... 28
4.2.3 Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 50m (TH1) .................................. 29

4.2.3.1 Moment trong vòm tại các mặt cắt ............................................... 29
4.2.3.2 Lực dọc trong cáp giằng ............................................................... 33
4.2.3.3 Chuyển vị vòm theo phương thẳng đứng ..................................... 34
4.2.4 Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 100m (TH2) ................................ 36
4.2.4.1 Moment trong vòm tại các mặt cắt ............................................... 36
4.2.4.2 Lực dọc trong cáp giằng ............................................................... 40
4.2.4.3 Chuyển vị vòm theo phương thẳng đứng ..................................... 42
4.2.5 Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 150m (TH3) ................................ 45


4.2.5.1 Moment trong vòm tại các mặt cắt ............................................... 45
4.2.5.2 Lực dọc trong cáp giằng ............................................................... 48
4.2.5.3 Chuyển vị vòm theo phương thẳng đứng ..................................... 50
4.2.6 Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 200m(TH4) ................................. 54
4.2.6.1 Moment trong vòm tại các mặt cắt ............................................... 54
4.2.6.2 Lực dọc trong cáp giằng ............................................................... 57
4.2.6.3 Chuyển vị vòm theo phương thẳng đứng ..................................... 58
4.2.7 Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 250m(TH5) ................................. 62
4.2.7.1 Moment trong vòm tại các mặt cắt ............................................... 62
4.2.7.2 Lực dọc trong cáp giằng ............................................................... 66
4.2.7.3 Chuyển vị vòm theo phương thẳng đứng ..................................... 67
4.2.8 Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 300m(TH6) ................................. 70
4.2.8.1 Moment trong vòm tại các mặt cắt ............................................... 70
4.2.8.2 Lực dọc trong cáp giằng ............................................................... 74
4.2.8.3 Chuyển vị vòm theo phương thẳng đứng ..................................... 75
4.3 Kết luận ........................................................................................................... 80
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................ 81
1. Kết luận ............................................................................................................. 81
2. Kiến nghị........................................................................................................... 81
Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 82

Phụ lục.................................................................................................................. 84


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1.1 Cầu Yajisha (Trung Quốc) ..................................................................... 03
Hình 1.2 Cầu Ông Lớn (TP.HCM) ....................................................................... 04
Hình 2.1 Các dạng kết cấu ống thép nhồi bê tông ................................................ 06
Hình 2.2 Phân loại cầu vòm liên kết vào-trụ ........................................................ 07
Hình 2.3 Các dạng sơ đồ vòm............................................................................... 08
Hình 2.4 Phân loại dựa vào độ cứng dầm-vòm .................................................... 09
Hình 3.1 Hệ cơ bản ............................................................................................... 11
Hình 3.2 Sơ đồ tính nội lực vòm........................................................................... 14
Hình 4.1 Mô hình cầu nhịp 50m có liên kết ngang dạng I ................................... 18
Hình 4.2 Mô hình cầu nhịp 50m có liên kết ngang dạng K .................................. 18
Hình 4.3 Mô hình cầu nhịp 50m có liên kết ngang dạng X ................................. 19
Hình 4.4 Mô hình cầu nhịp 100m có liên kết ngang dạng I ................................. 19
Hình 4.5 Mô hình cầu nhịp 100m có liên kết ngang dạng K ................................ 19
Hình 4.6 Mô hình cầu nhịp 100m có liên kết ngang dạng X ................................ 20
Hình 4.7 Mô hình cầu nhịp 150m có liên kết ngang dạng I ...........................................20
Hình 4.8 Mô hình cầu nhịp 150m có liên kết ngang dạng K ................................ 20
Hình 4.9 Mô hình cầu nhịp 150m có liên kết ngang dạng X ............................... 21
Hình 4.10 Mô hình cầu nhịp 200m có liên kết ngang dạng I ............................... 21
Hình 4.11 Mô hình cầu nhịp 200m có liên kết ngang dạng K .............................. 21
Hình 4.12 Mô hình cầu nhịp 200m có liên kết ngang dạng X .............................. 22
Hình 4.13 Mô hình cầu nhịp 250m có liên kết ngang dạng I ............................... 22
Hình 4.14 Mô hình cầu nhịp 250m có liên kết ngang dạng K .............................. 22
Hình 4.15 Mô hình cầu nhịp 250m có liên kết ngang dạng X .............................. 23
Hình 4.16 Mô hình cầu nhịp 300m có liên kết ngang dạng I ............................... 23
Hình 4.17 Mô hình cầu nhịp 300m có liên kết ngang dạng K .............................. 23

Hình 4.18 Mô hình cầu nhịp 300m có liên kết ngang dạng X .............................. 24
Hình 4.19 Mặt cắt vành vòm ................................................................................ 24
Hình 4.20 Mặt cắt thanh giằng ngang ................................................................... 25
Hình 4.21 Mặt cắt dầm ngang giữa nhịp .............................................................. 26
Hình 4.22 Mặt cắt dầm ngang đầu nhịp ................................................................ 26
Hình 4.23 Mặt cắt dầm dọc biên ........................................................................... 27
Hình 4.24 Mặt cắt dầm T bản mặt cầu.................................................................. 27
Hình 4.25 Cấu tạo xe hoạt tải HL93 ..................................................................... 28
Hình 4.26 Moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I ............ 29
Hình 4.27 Moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng K ........... 30
Hình 4.28 Moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ........... 30
Hình 4.29 Biểu đồ chênh lệch moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 ...................... 30
Hình 4.30 Moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I ............ 31
Hình 4.31 Moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ........... 31
Hình 4.32 Moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ........... 32
Hình 4.33 Biểu đồ chênh lệch moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 ...................... 32
Hình 4.34 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết ngang dạng I.................. 33
Hình 4.35 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết ngang dạng K ................ 33
Hình 4.36 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết ngang dạng X ................ 33
Hình 4.37 Biểu đồ chênh lệch lực dọc trong cáp giằng ........................................ 34
Hình 4.38 Chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng có liên kết dạng I.... 34
Hình 4.39 Chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng có liên kết dạng K .. 35
Hình 4.40 Chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng có liên kết dạng X .. 35
Hình 4.41 Biểu đồ chênh lêchh chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 ..................... 35
Hình 4.42 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I .............. 36
Hình 4.43 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ............. 37


Hình 4.44 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ............. 37

Hình 4.45 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/4 ........................ 37
Hình 4.46 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I .............. 38
Hình 4.47 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ............. 38
Hình 4.48 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ............. 39
Hình 4.49 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/2 ......................... 39
Hình 4.50 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng I ............................ 40
Hình 4.51 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng K ........................... 40
Hình 4.52 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng X ........................... 41
Hình 4.53 Biểu đồ chênh lệch lực dọc trong cáp giằng ........................................ 41
Hình 4.54 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I ................... 42
Hình 4.55 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng K ................. 42
Hình 4.56 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ................. 42
Hình 4.57 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 .............................. 43
Hình 4.58 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I ................... 43
Hình 4.59 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ................. 44
Hình 4.60 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ................. 44
Hình 4.61 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 .............................. 44
Hình 4.62 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I .............. 45
Hình 4.63 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ............. 45
Hình 4.64 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ............. 46
Hình 4.65 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/4 ........................ 46
Hình 4.66 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I .............. 47
Hình 4.67 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ............. 47
Hình 4.68 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ............. 47
Hình 4.69 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/2 ......................... 48


Hình 4.70 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng I ............................ 49
Hình 4.71 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng K ........................... 49
Hình 4.72 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng X ........................... 49

Hình 4.73 Biểu đồ chênh lệch lực dọc trong cáp giằng ........................................ 50
Hình 4.74 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I ................... 50
Hình 4.75 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng K ................. 51
Hình 4.76 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ................. 51
Hình 4.77 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 .............................. 51
Hình 4.78 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I ................... 52
Hình 4.79 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ................. 52
Hình 4.80 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ................. 53
Hình 4.81 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 .............................. 53
Hình 4.82 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I .............. 54
Hình 4.83 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ............. 54
Hình 4.84 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ............. 54
Hình 4.85 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/4 ........................ 55
Hình 4.86 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I .............. 55
Hình 4.87 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ............. 56
Hình 4.88 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ............. 56
Hình 4.89 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/2 ......................... 56
Hình 4.90 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng I ............................ 57
Hình 4.91 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng K ........................... 57
Hình 4.92 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng X ........................... 58
Hình 4.93 Biểu đồ chênh lệch lực dọc trong cáp giằng ........................................ 58
Hình 4.94 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I ................... 59
Hình 4.95 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng K ................. 59


Hình 4.96 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ................. 59
Hình 4.97 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 .............................. 60
Hình 4.98 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I ................... 60
Hình 4.99 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ................. 61
Hình 4.100 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ............... 61

Hình 4.101 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 ............................ 61
Hình 4.102 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I ............ 62
Hình 4.103 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ........... 63
Hình 4.104 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ........... 63
Hình 4.105 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/4 ...................... 63
Hình 4.106 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I ............ 64
Hình 4.107 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ........... 64
Hình 4.108 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ........... 65
Hình 4.109 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/2 ....................... 65
Hình 4.110 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng I .......................... 66
Hình 4.111 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng K ......................... 66
Hình 4.112 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng X ......................... 66
Hình 4.113 Biểu đồ chênh lệch lực dọc trong cáp giằng ...................................... 67
Hình 4.114 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I ................. 67
Hình 4.115 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng K ............... 68
Hình 4.116 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ............... 68
Hình 4.117 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 ............................ 68
Hình 4.118 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I ................. 69
Hình 4.119 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ............... 69
Hình 4.120 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ............... 69
Hình 4.121 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 ............................ 70


Hình 4.122 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I ............ 71
Hình 4.123 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ........... 71
Hình 4.124 Moment của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ........... 71
Hình 4.125 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/4 ...................... 72
Hình 4.126 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I ............ 72
Hình 4.127 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ........... 73
Hình 4.128 Moment của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ........... 73

Hình 4.129 Biểu đồ chênh lệch moment của vòm tại mặt cắt 1/2 ....................... 73
Hình 4.130 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng I .......................... 74
Hình 4.131 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng K ......................... 74
Hình 4.132 Lực dọc trong cáp giằng của cầu có liên kết dạng X ......................... 75
Hình 4.133 Biểu đồ chênh lệch lực dọc trong cáp giằng ...................................... 75
Hình 4.134 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng I ................. 76
Hình 4.135 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng K ............... 76
Hình 4.136 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu có liên kết dạng X ............... 76
Hình 4.137 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/4 ............................ 77
Hình 4.138 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng I ................. 77
Hình 4.139 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng K ............... 78
Hình 4.140 Chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu có liên kết dạng X ............... 78
Hình 4.141 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị vòm tại mặt cắt 1/2 ............................ 78
Hình 4.142 Biểu đồ chênh lệch moment lớn nhất ................................................ 79
Hình 4.143 Biểu đồ chênh lệch moment lớn nhất ................................................ 79
Hình 4.144 Biểu đồ chênh lệch chuyển vị lớn nhất .............................................. 79


MỤC LỤC
1. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 50m........................................................ 84
1.1 Bảng giá trị nội lực ................................................................................... 84
1.2 Bảng giá trị chuyển vị .............................................................................. 85
2. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 100m...................................................... 86
2.1 Bảng giá trị nội lực ................................................................................... 86
2.2 Bảng giá trị chuyển vị .............................................................................. 88
3. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 150m...................................................... 89
3.1 Bảng giá trị nội lực ................................................................................... 89
3.2 Bảng giá trị chuyển vị .............................................................................. 91
4. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 200m...................................................... 83
4.1 Bảng giá trị nội lực ................................................................................... 83

4.2 Bảng giá trị chuyển vị .............................................................................. 95
5. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 250m...................................................... 97
5.1 Bảng giá trị nội lực ................................................................................... 97
5.2 Bảng giá trị chuyển vị ............................................................................ 100
6. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 300m.................................................... 101
6.1 Bảng giá trị nội lực ................................................................................. 101
6.2 Bảng giá trị chuyển vị ............................................................................ 105


DANH MỤC PHỤ LỤC
Bảng 1 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ........................ 84
Bảng 2 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K ...................... 84
Bảng 3 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X ...................... 84
Bảng 4 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I ........................ 84
Bảng 5 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K ...................... 84
Bảng 6 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X ...................... 85
Bảng 7 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng I......................................... 85
Bảng 8 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng K ....................................... 85
Bảng 9 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng X ...................................... 85
Bảng 10 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ...................... 85
Bảng 11 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K..................... 86
Bảng 12 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X ..................... 86
Bảng 13 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ...................... 86
Bảng 14 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K .................... 86
Bảng 15 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X .................... 86
Bảng 16 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I ...................... 87
Bảng 17 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K .................... 87
Bảng 18 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X .................... 87
Bảng 19 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng I....................................... 87
Bảng 20 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng K ..................................... 87

Bảng 21 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng X .................................... 88
Bảng 22 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ...................... 88
Bảng 23 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K..................... 88
Bảng 24 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X ..................... 88
Bảng 25 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I ...................... 88


Bảng 26 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K..................... 89
Bảng 27 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X ..................... 89
Bảng 28 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ...................... 89
Bảng 29 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K .................... 89
Bảng 30 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X .................... 90
Bảng 31 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I ...................... 90
Bảng 32 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K .................... 90
Bảng 33 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X .................... 90
Bảng 34 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng I....................................... 91
Bảng 35 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng K ..................................... 91
Bảng 36 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng X .................................... 91
Bảng 37 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ...................... 91
Bảng 38 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K..................... 92
Bảng 39 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X ..................... 92
Bảng 40 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I ...................... 92
Bảng 41 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K..................... 92
Bảng 42 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X ..................... 93
Bảng 43 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ...................... 93
Bảng 44 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K .................... 93
Bảng 45 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X .................... 93
Bảng 46 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I ...................... 94
Bảng 47 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K .................... 94
Bảng 48 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X .................... 94

Bảng 49 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng I....................................... 94
Bảng 50 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng K ..................................... 95
Bảng 51 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng X .................................... 95


Bảng 52 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ...................... 95
Bảng 53 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K..................... 95
Bảng 54 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X ..................... 96
Bảng 55 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I ...................... 96
Bảng 56 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K..................... 96
Bảng 57 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X ..................... 96
Bảng 58 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I ...................... 97
Bảng 59 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K .................... 97
Bảng 60 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X .................... 97
Bảng 61 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I ...................... 98
Bảng 62 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K .................... 98
Bảng 63 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X .................... 98
Bảng 64 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng I....................................... 99
Bảng 65 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng K ..................................... 99
Bảng 66 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng X .................................... 99
Bảng 67 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I .................... 100
Bảng 68 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K................... 100
Bảng 69 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X ................... 100
Bảng 70 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I .................... 101
Bảng 71 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K................... 101
Bảng 72 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X ................... 101
Bảng 73 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I .................... 102
Bảng 74 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K .................. 102
Bảng 75 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X .................. 102
Bảng 76 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I .................... 103

Bảng 77 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K .................. 103


Bảng 78 Giá trị moment trong vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X .................. 103
Bảng 79 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng I..................................... 104
Bảng 80 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng K ................................... 104
Bảng 81 Giá trị lực dọc trong cáp giằng của cầu dạng X .................................. 104
Bảng 82 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng I .................... 105
Bảng 83 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng K................... 105
Bảng 84 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/4 của cầu dạng X ................... 105
Bảng 85 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng I .................... 106
Bảng 86 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng K................... 106
Bảng 87 Giá trị chuyển vị của vòm tại mặt cắt 1/2 của cầu dạng X ................... 106


-1-

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Với sự phát triển không ngừng của ngành 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 vòm ống thép nhồi bê tông 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 đồng thời có tính thẩm mỹ rất cao. Ở Việt Nam, đã có nhiều cầu vòm ống thép
nhồi bê tông được xây dựng như cầu Ông Lớn, cầu Xóm Củi, cầu Cần Giuộc…. Đặc
trưng địa lý nước ta là khu vực có nhiều sông ngòi vì vậy cần có những cầu có khả
năng vượt nhịp lớn và đa dạng các loại kết cấu để tăng thêm tính phong phú cho các
loại cầu. Vì vậy việc tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện cầu vòm ống thép nhồi bê tông
là vấn đề cần được quan tâm.

Đề tài đi sâu vào việc xem xét ảnh hưởng của các sơ đồ hệ giằng ngang khác
nhau đến nội lực và ổn định trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông. Xem xét ưu
khuyết điểm của từng trường hợp, để từ đó có những kết luận, đánh giá một cách
toàn diện về ảnh hưởng của các loại hệ giằng ngang, như về nội lực, chuyển vị, …
góp phần tạo ra những cơ sở để lựa chọn mô hình hệ giằng ngang phù hợp cho kết
cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông ở nước ta.
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 vòm ống thép nhồi bê
tông.
- Phân tích sự ảnh hưởng của sơ đồ bố trí hệ giằng ngang khác nhau đến nội lực
và ổn định của cầu vòm ống thép nhồi bê tông.
3. Phương pháp nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận văn được giải quyết thông qua các phương pháp
nghiên cứu chính sau:


-2- Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu tham khảo có liên quan đến cầu vòm
ống thép nhồi bê tông.
- Phân tích lý thuyết tính toán kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông đặc biệt
nghiên cứu sâu về phương pháp phần tử hữu hạn.
- 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.
- Tổng hợp, phân tích, so sánh kết quả nội lực và chuyển vị trong các trường
hợp nghiên cứu dưới dạng đồ thị.
4. Giới hạn của đề tài
Xuất phát từ mục tiêu trên, luận văn giới hạn trong phạm vi: xem xét những
cơ sở lý thuyết đã có, lựa chọn phần mềm tính toán (Midas/civil) để mô hình các
trường hợp nghiên cứu.

Xây dựng công trình cầu vòm ống thép nhồi bê tông là một quá trình phức
tạp, đòi hỏi kỹ thuật, độ chính xác cao. Khi lập kế hoạch xây dựng một công trình
cầu, người kỹ sư được yêu cầu phải đưa ra phương án thi công khả thi nhất về mặt
an toàn, chất lượng, kinh tế…Với việc so sánh và nghiên cứu ảnh hưởng của việc bố
trí hệ giằng ngang đối với nội lực và sự ổn định, đề tài hướng đến việc những kết
quả nghiên cứu được sẽ là một trong những cơ sở để lựa chọn phương án bố trí hệ
giằng ngang của cầu vòm ống thép nhồi bê tông trong tương lai.


-3-

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI
BÊ TÔNG
1.1 . Giới thiệu chung
Cầu vòm ống thép nhồi bê tông đã được nghiên cứu và ứng dụng rỗng rãi ở
các nước trên thế giới với nhiều công trình nổi tiếng. Tuy nhiên ở Việt Nam đây vẫn
là một dạng còn mới mẻ, hiện nay vẫn chưa có quy trình thiết kế và thi công dạng
kết cấu này. Trong nội dung chương này, giới thiệu sơ lược về lịch sử phát triển cầu
vòm ống thép nhồi bê tông trên thế giới cũng như ở nước ta.
1.2 . Nội dung chương
1.2.1. Lịch sử phát triển cầu vòm ống thép nhồi bê tông trên thế giới
Kết cấu ống thép nhồi bê tông đã được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm
1930 ở các nước Châu Âu .Sau đó kết cấu này mới được nghiên cứu và ứng dụng tại
Trung Quốc với ba tiêu chuẩn kĩ thuật (CECS28-90, DLGJ99-91 và DLGJ-SII-92)
đã đạt được những thành tựu rực rỡ trong việc ứng dụng kết cấu này với các công
trình tiêu biểu như:cầu Yajisha, cầu Sanan- Yongjiang....

Hình 1.1: Cầu Yajisha (Trung Quốc) [9]

-41.2.2. Lịch sử phát triển cầu vòm ống thép nhồi bê tông ở Việt Nam
Với một đất nước có bề dày lịch sử trải qua nhiều thăng trầm nên công nghệ
thiết kế và thi công cầu ở Việt Nam còn rất ít kinh nghiệm và non trẻ. Cầu vòm ống
thép nhồi bê tông chỉ được nghiên cứu và phát triển ở Việt Nam trong những năm
gần đây. Hiện nay ở nước ta quy trình thiết kế và thi công cầu vòm ống thép nhồi bê
tông vẫn chưa có.
Mặc dù vậy, với trình độ kỹ thuật ngày càng được cải tiến không ngừng cùng
với việc chuyển giao công nghệ từ nước ngoài, bên cạnh các loại cầu giản đơn, liên
tục thuần túy thì một số giải pháp cầu vòm ống thép nhồi bê tông đã được nghiên
cứu và từng bước đưa vào ứng dụng, cụ thể một số cầu vòm ống thép nhồi bê tông
có quy mô tương đối lớn đã được triển khai xây dựng đó như: cầu Đông Trù (Hà
Nội), cầu Ông Lớn (TP.HCM), cầu Xóm Củi (TP.HCM)….

Hình 1.2: Cầu Ông Lớn (TP.HCM)
1.3. Kết Luận
Qua trình bày sơ bộ như trên có thể kết luận cầu vòm ống thép nhồi bê tông đã
được xây dựng nhiều trên thế giới. Nhiều công trình cầu đã trở thành biểu tượng của
thành phố và của đất nước. Cầu vòm ống thép nhồi bê tông đã bắt đầu được triển


-5khai xây dựng tại Việt Nam giúp đa dạng hóa các loại cầu ở nước ta, chính vì vậy
việc nghiên cứu về cầu vòm ống thép nhồi bê tông cần phải được triển khai sâu hơn.
Qua các công trình cầu đã và đang được xây dựng cho ta thấy việc nghiên cứu
cầu vòm ống thép nhồi bê tông là cần thiết. Như đã nói trên có thể do địa hình, thủy
văn, kiến trúc,mỹ quan ... chúng ta cần phải thiết kế những cầu vòm ống thép nhồi
bê tông có sơ đồ bố trí hệ giằng ngang phù hợp. Chúng ta xem xét nội lực trong hệ
thay đổi như thế nào và sự ổn định của hệ, điều này thật sự cần thiết nghiên cứu để
ứng dụng vào thực tế.

-6-

CHƯƠNG 2
CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU VỊM ỐNG THÉP NHỒI
BÊ TƠNG
2.1. Giới thiệu chung
Kết cấu ống thép nhồi bê tơng là một dạng kết cấu có nhiều ưu điểm. Trong
nội dung chương này giới thiệu sơ lược về kết cấu ống thép nhồi bê tơng, về các
dạng cầu vòm thường gặp cũng như các chi tiết của cầu vòm ống thép nhồi bê tơng.
2.2. Nội dung chương
2.2.1. Giới thiệu về kết cấu ống thép nhồi bê tơng
2.2.1.1. Định nghĩa và phân loại kết cấu ống thép nhồi bê tơng
Kết cấu ống thép nhồi bêtơng là kết cấu mà thép bọc trong bêtơng hoặc có
thể là bêtơng được nhồi trong ống thép. Chúng ta có thể phân ra làm 3 loại chính là:
thép được bọc trong bêtơng (hình a, b, c), bêtơng nhồi trong ống thép (hình f, g, i) và
hỗn hợp của hai loại vừa nêu (hình d, h).

Hình 2.1: Các dạng kết cấu ống thép nhồi bêtông[8]
2.2.1.2. Đặc điểm kết cấu ống thép nhồi bê tơng
Kết cấu ống thép nhồi bê tơng có những ưu điểm vượt trội như sau:
- Độ bền của lõi bê tơng tăng khoảng 2 lần.