Ebook cầu bê tông cốt thép trên đường ôtô (tập 2) phần 2

Chương 12

CẦU DÂY VÀNG

12.1. GIỚI THIÊU C H U N G
Cáu dây vãng là một hệ liên hợp giữa dầm cứng chịu nén uốn và dây căng xiên chịu
kéo. Hệ g ồm các dây xiên gọi là “ dày vãng” một đầu neo trên tháp m ột đáu neo vào
dầm. tạo thành các tam giác cơ bản. N ếu các đốt dầm h ên kết với nhau bằng khớp thì ta
được một hệ giàn gồm các dâv làm bằng thép cường độ cao chỉ chịu kéo và dầm cứng
chỉ chịu nén với giá thiết tải trọng tác dụn g vào nút (hình 12.la). Trên thực tế cấu tạo
khớp rất phức tạp nên dầm cứng thường làm liên tục, ngoài chịu nén dầm cứng còn chịu
uốn. hơn nữa khi tải trọng tác dụng trong phạm vi khoang d ầ m còn phát sinh m ỏ m en
uốn cục bố (hình 12.1 b). M ôm en uốn tỷ lệ thuận vào đò cứ ng của dầm , độ cứng lớn
dầm chủ yếu chịu m ômen, độ cứng nhỏ, dầm chủ yếu chịu lơc dọc.
Mạt khac với Nơ đồ như trên hình 12. lb, thì hệ co tỉiể coi là m ột dầm liên tục nhiều
nhịp tựa trẽn các oôi dàn hồi là các nút neo dây, đỏ đàn hổi là độ cứng chịu kéo của các
dây văng.
Do dáv vănq làm bằng thép sợi cường độ cao, chỉ chịu kéo, nên có thế sử dụn g được
hết khả Iiăne làm việc của vật liệu. Dẩm cứng chịu nén uốn nén thích hợp với vật liệu bê
tỏnị', cốt thép. Lực nén tạo cho dấm được ép trước khỏriỉỉ cán căng kéo nên có thể coi là
dair. tự dự ứng lực. Hơn nữa lực nén trước là ổn định làu dài và không mất mát.

a)

Hình 12.1. Sơ dồ cảu dày vãn

V

a) Hệ lý thuyết; b) Hệ ĩhííc
161

M ột ưu đ iế m c ơ ban c ủ a cầu dây v ã n e NO với cáu lí co d a y w»ng (sau đ â \ ta eọi là c u

treo) là dầm cứng chịu toàn bộ lực nén, biến hệ thành k hôn': có lực đấy miang tác du

i£

vào m ô neo như trong cầu treo, cầu vòm , tránh được các m ô neo đồ sộ, lốn vâl liệi và
cho phép áp dụng vào bất kỳ điều kiện đia chất nào.
Từ m ột góc nhìn khác, xét m ột dầm liên tục bê tông dự ứng lực ba nhịp thi c ô i m
hẫng, cốt thép căng ngoài. Nếu cốt thép ngoài đuực nâng cao trên một tliáp (l.';nh 12.2)
tl)ì khả năng chịu m ôm en lớn nhất của tiết diện gối sẽ là M = Sr v. trong khi
liên tục M ’ = Sr h. Rõ ràng y »

vói cáu

GỐI

h và M > M \ T ro n s đó St là nội lực trung bình ỉro ng

dây và y, h lán lượt là khoảng cách từ dây đến trọng tâm dầm cứng troiu> cA’,1 r»ây văng
và đến biên chịu nén của liết diện dầm liên tục.

s,

I ỉìn h Ỉ2 .2 . c'ầỉi dáv vủnq trên qitíUi lỉiếm cùa cầu bê tỏng dự ứ/iíị ỉiii . ãii^ ỉiíỊaời

Do hệ là một dầm liên tục tựa trên các gối đàn hổi nên có m ô m en uốn nhỏ hơn nhiềi*
so vói dam liên lục cùng nhịp không có gối đàn hồi. Cầu dày vãng dam cứim bê lóng

CỎI

thép và bê lỏng dự ứng lực tạo khả năng chống ăn m òn tốt, ít bao quan sửa chữa, nân^’
cao tuổi thọ c ỏ n <2 trình, hơn nữa có thể áp dụng công nghệ thi công hủnu k h ỏ n e cán ẹiàn
giáo, [lệ có ciií tiêu kinh tế kỹ thuật tốt nên dược sứ d ụ n s rộng rãi cho các cáu lớn nlu'
trên đường oiỏ.
ơ nước ta dà xây dựng các cấu dây văng có dầm cứ n s bô tồim CỐI thếp như: câu M\
Tlmậi] (năm 2000) nhịp 350m tại Vĩnh Long (2000), cầu Kien (2003) nhịp 2()0m lại Hái
Phònụ và hiện daim xây dựng cầu Rạch Miễu nhịp 300m tại Bốn Tre, cáu Bãi C háy nhịp
450m tại Quáỉìíi Ninh và cáu Can T hơ nhịp 550m . Hiện nay cầu Bải Cháy là chiếc cáu
một mặt phaim đây dám cứim hè tông cốt thép nhịp dài nhất thố giới.
Nuoài ra còn đanc tricn khai các dự án cầu dâv v ă n s Nhật Tan qua sònìi Hổnu, cáu
Mỹ Lợi qua sỏníí Vàm cỏ ....v à nhiều ra u lớn nhỏ trong cá nước.
i 2.2. C Á C S ơ DỒ VÀ Đ Ặ C ĐIỂM CÂU TA O C À U D ÂY V A N G
Dạc (liến; c ơ b.m cua cáu dãv v ã n s ià tính đa dạng. Tính đ a d ạ n u cứa cáu d a y vani1 (I)
liiệi) o' vật lh/u xà} ^lựnu d ầ m , có thế là.n b ằ n g thé p, t h é p bè tó n u liên b ợ p hciv bô

162

Ú)I11Z c n [


thep. các loai mặi cát ngang, số lượng và chiều dài nhịp, số m át phẳng và sơ dồ phân bố
dãy... Hình dạng và chiếu cao tháp có thế tạo côn" trình thành m ột biểu tượng kiến trúc
dặc biệt tiêu biêu cho một khu vực, m ót thành phố, một quốc gia.
Cầu dây vãng với ưu thế vổ chịu lực. hợp h về cổng nghệ thi công, tính đa dạng về
kiên trúc đang trớ thành công trình trọne điểm của nhiều nước trên th ế giới và hiện cùng
' ới cầu treo (lây võng là giải pháp duy nhất để vượt các nhíp trên 500m trên đường ôtô.
12.2.1. C à u d ãy vang một nh ịp
Cầu dây văng có thế làm một nhip như sơ đỏ hình 12.3. trong đó tháp cẩu được xây

dựng trên mố; (.ìầm chủ một nhịp tựa trên hai mó'. Các dâv vãng từ trên tháp toả xuống
neo vào một số điểm của dầm cứng tạo thành các gối dàn hồi; phía sau, các dây vãng
được liên kết vào mô’ neo. đặt sâu tron 5 nén đườns.
Vổ inặl chịu lực. cáu dày văng một nhịp làm việc như m ột dầm CỨU” tựa trên các gối
ilan hổi. tuy nlnõn ít dirơc áp dụng trong thực tố vì có các nhược điểm sau:

Hình 12.3. íỉ) Sơ (lồ ( (/// (Uỉ\ i .?'/'<> một nhịp; bỉ Câu

RiH

K-Á- Chucky Ở Cali/nrnia, Mv

- Tổn tại các mó neo chịu lực nuans làm mát tru íỉiê cua cáu dãy vãng so với cầu treo.
•

Trẽn các mỏ đỡ dầm cứng, phai bố trí một sối cố định và m ột gối di động, gối cố

định chịu lực nganư (dọc cấu) khi chịu tái trong k h õ n s đối \ứ n s . đ ổ n s thời lực ngang lại
163


thay đổi chiều tuỳ theo vị trí của hoạt tải. V í dụ trong cầu d ây văng m ột nhịp đối xứng
(hình 12.3a), khi hoạt tải trên nửa nhịp trái, nếu gối c ố định nằm bên trái, lực ng ang sẽ
đẩy mô' vào nền đường và nửa dầm trái chịu nén, ngược lại lực ngang hướng ra sông và
nửa dầm trái chịu kéo khi hoạt tải đứng trên nửa nhịp phải. N hư vậy, trong cầu dày văng
một nhịp hai bộ phận cùng phải chịu lực ngang là m ố neo và m ố cầu, hon nữa chiều của
lực ngang trên m ố lại luôn đổi dấu, đặc biệt nguy hiểm khi hướng ra sông cùng chiều với
áp lực đất nền đường.
-

D ầm cứng ngoài chịu uốn còn chịu lực dọc thay đổi dấu (khi kéo, khi nén), gây bất

lợi cho dầm cứng bằng bê tông cốt thép.
Do các đặc điểm trên nên cầu dây vãng m ột nhịp chỉ được áp dụng vào các điều kiện
địa hình đặc biệt ví dụ cầu R uch-A -C h uck y ở C alifo m ia (M ỹ). Cầu vượt q ua thung lũng,
m ố neo đặt trên hai đỉnh núi (hình 12.3b). Đ ể khắc phục nhược điểm trên, tránh mô' cầu
và m ố neo chịu lực ngang, có thể k éo dài dầm chủ, tạo thêm hai nhịp biên để liên kết
dây neo vấo dầm tạo thành hệ không có lực đẩy ngang. Hệ biến thành hệ ba nh ịp gồm
một nhịp chính và hai nhịp biên ngắn, D ầm chủ bố trí liên tục vừa chịu uốn, vừa chịu
nén. Hình 12.4 thể hiện một cầu dây văng ba nhịp có nhịp biên ngắn, cầu Bario de L una
ở Tây Ban Nha.

H ình 12.4. Sơ đồ cầu dây vãng ba nhịp có nhịp biên ngắn, cầu Bario de Litna (Tây Ban Nha)
12.2.2. C ầ u d â y v ă n g b a n h ịp
Phần trên đã phân tích nhược điểm của cầu dây văng một nhịp và lí do tất yếu dẫn tới hệ
ba nhịp. Sơ đồ cẩu dây vãng ba nhịp (hình 12.4) có nhịp biên ngắn có các đặc điểm sau:
- Cầu thích hợp với các sông sâu vùng núi, cần tránh xây dựng các trụ ở phần lòng
sông sâu, địa chất và thuỷ vãn phức tạp.
- Hệ có độ cứng của các gối đàn hồi lớn d o dây neo có chiều dài ngắn và có góc
nghiêng nằm trong vùng hợp lí nhất (45°).
- Nhược điểm cơ bản của hệ ba nhịp trên hình 12.4 là có chiều dài nhịp biên q u á ngắn
so với nhịp chính. Nhịp biên quá ngắn thì lực nhổ của m ô neo rất lớn g ây phức tạp cho
cấu tạo gối chịu lực phản lực âm , giảm đường tiếp đất, độ an toàn cô n g trình nhỏ hưn
(khi neo đứt thì cá công trình có thể bị lật).
164


Đe khắc phục nhược điếm trên, tạo cơ sở đổng nhất tiết diện dầm chủ cả ba nhịp (độ
lớn, dạng tiết diện) và chiều dài khoang dầm tạo điểu k òn lương đối đổn g đều trong
phạm vi từng khoang, đặc hiệt để giảm lực nhổ tác dụng lẻn m ố có thể áp dụn g sơ đồ

cầu dây văng ba nhịp có dây bố trí đối xứng qua tháp, nh ư cầu Brotonne q ua sông Seine
ở Pháp (hình 12.5).

Hỉnh 12.5. Sơ dồ cáu dây vãnq ba nhịp có dây dối xứnq qua tháp,
cáu Brotonne qua sòti^ Seiỉìt’ o ■Pháp
Về mặt cơ học, cầu dây văng ba nhịp theo sơ đồ hình 12.5 là m ột dầm liên tục tựa
trcn các gối cứim (trụ, mố) và các gối đàn hồi là các nút treo dây vãng. Đ ộ cứng của các
gối đàn hồi phụ thuộc vào các yếu tố:
- Diện ỉiclì và chiên (lùi (lây. Độ cứnụ của các gối đàn hổi ti lệ nghịch với chiều dài
(lâv. lí lè íhuàn với diòn tích dâv vãng. Chiều dài đâv thườno do sơ đồ cẩu và chiểu dằi
n h ịp quvếí dịnh. Diện tích dãy được c h o n trên CƯ sờ tận ílụ ng tối đ a kh ả n ã n g là m việc

cùa vật liệu, độ an toàn của tiêu chuẩn. Tuy nhiên cíírm â m lưu ý rằng tăng tiết diện dây
lớn làm lărm trọrm lượng bản thân, tăng độ võng, tãng bicVi dạng phụ do dây thay đổi độ
co n g khi chịu hoạt tải, làm giám m ôđun đàn hổi tương đương của dây. Vì vậy khỏng
phải dơn íỉian lănu tiết diện dâv là tăng độ círno và tãrm đỏ an toàn công trình m à phải
xéi ánh hưỏìm của chúng đến inôđun đàn hồi tương đươna cua dây.
- Góc ỉuịhiénạ a của dây so với phiùỉng nấm nyany. G óc nghiêng của dây so với
phương neaniỉ ánh hườn” đến nội lực trong dây và dầm. ( ióc nghiêng tốt nhất nằm tro n s
khoảng 45°. Tuv nhiên nếu chọn dây thoải nhất có góc nghiêng 45° thì tháp quá cao ảnh
hướnsỉ tói kiên trúc và làm tăim chi tiêu kinh tế kv thuật cua cầu (xem mục 12.2.5).
- Độ nhỉX và liêỉỉ kếĩ của các day neo. Dâv neo là dày ở nhịp biên, đầu trên liên kết
cỏ định với iháp cầu, đầu dưới liên kết cố định với dầm lai vị irí gối chịu được phản lực
âm. Trong cáu dủv văng, dây neo iĩiữ vai trò đặc biệt quan trong trong việc đảm bảo độ
cứnR và do dó đảm bảo nội [ực tron 2 toàn hê. Nếu day được neo vào các đicm cố định là
m ò hoặc trụ thì dỏ cứim của các gòi đàn hổi chỉ phu thuộc vào chiều dài, diện tích và độ
imhièng cua các dày vãim. Nốu dâv không được neo vào ui êm cố định thì độ cứne của
hè còn phụ thuộc vào độ cứng chịu uốn của dầm.

165

Trong thực tế cũng tồn tại các cầu dây văng hai hoặc ba nhịp k hô ng có d ây neo vào
các điểm cô' định như mô' trụ cầu (hình 12.6). Các hệ này chịu tải trọng đối xứng qua
tháp (tải trọng tĩnh) cũng tốt như hệ ở hình 12.5. Dưới tác dụn g của hoạt tải đứ n g trên
nhịp giữa, các điểm neo dây ở dầm biên sẽ vồng ngược do ảnh hưởng của d ầ m liên tục
và d o phản lực âm của các dây ở nhịp biên. Đ ộ vồng ngược của nhịp biên làm £Ìảm độ
cứng chung của hệ và làm tăng m ôm en uốn trong dầm cứng.
Cầu dây văng không có dây neo có thể được áp d ụ n g để cải tạo, tăng cường khả nâng
chịu tải của cầu cũ nhiều nhịp, nhằm nâng cấp tải trọng bằng cách truyền tĩnh tải cho
dây, rồi từ dây q ua tháp xuống trụ cầu.
Đ ể tạo được điểm cố định trên tháp thì cũng có thể áp dụ ng tháp cầu cứng. T háp cầu
cứng là tháp cầu có sơ đồ kết cấu và kích thước hợp lí để hạn c h ế chuyển vị n g an g đỉnh
tháp, tạo được điểm gần như cố định để neo dây (hình 12.7). Tuy nhiên biện p háp đơn
giản và kinh tế hơn cả là bố trí các dây neo vào mố, trụ cầu.

Hình 12.6. Cầu dây văng không có dây neo

Hình 12.7. Cầu dãy văng tháp cứng , cầu sông Hàn (Đà Nắng)
Cầu dây vãng có thể dùng cho các cầu trên đường ôtô, cầu thành phố, cầu đường sắt.
cầu người đi và cầu cho nông thôn, vùng núi. Đ ặc điểm của các cầu vùng núi, n ô n g thôn
là nhịp nhỏ, tải trọng nhẹ, thi công nhanh chóng, đơn giản, không cần nhiều trang thiết
bị phức tạp. Khi thiết k ế các cầu dây văng phục vụ nông thôn, vùng núi cần q u án triệt
các yêu cầu trên để lựa chọn vật liệu, cấu tạo và giải pháp thi công dơn giản nhất.
166


12.2.3. C ầ u d ãy v ă n g hai nh ịp
Cầu dây văng cũng có thể áp dụng cho cầu hai nhịp vượt đường, qua các sông k h ôn g
lớn. Cầu dây văng hai nhịp được lựa chọn chủ yếu do điều kiện địa chất, địa hình khu

VƯC

càu qua hoặc do vêu cầu mỹ quan quyết định.

Cầu dây văng hai nhịp có thổ có các nhịp bàrig nhau, khi đó tháp cầu bố trí ở giữa,
các dây vãng bò trí đối xứng qua tháp (hình 12.8), nếu cáu không có dây neo vào điểm
có định là mô trụ (hình 12.8a) thì các dây văng chủ vèu chịu tĩnh tải, dầm cứng phải lớn
đc chịu m ôm en do hoạt tải. Đê tăng cường khả năng làm việc của các dây thì có thể bố
trí dày neo vào điểm cố định là mô trụ (hình 12.8b). Tuy nhiên do hệ đối xứng, các dây
neo không chịu kéo dưới tác dụng của tĩnh tải, nên đê tránh dây chịu nén khi có hoạt tải
trên một nhịp, các dây neo cần được căng trước với nội lực đủ để khắc phục lực n én lớn
nhất có thế xảy ra. Biện pháp này gây khó khăn cho việc d u y trì lực căng trước trong dây
neo trona suốt quá trình khai thác.

Hình 12.8. Các sơ đồ cáu (lá\ vúiiiỊ hưi nhịp
a) (\h i d à \ vãng luú Iiliịp klìònq có dãy neo; b) Cáu dây văng hai nhịp đôi xứnq
có clâv neo vào mờ; (') Càu (láy văng hai r.hịp có tháp cứng
167


Để khắc phục nhược điểm trên thì có thể áp dụ ng hai biện pháp:
- D ùng m ột tháp cứng bố trí ở giữa cầu (hình 12.8c), biện pháp này rất có hiệu quá
trong việc làm tăng độ cứng của toàn hệ.
- Biện pháp thứ hai là dùn g hộ hai nhịp có các nhịp không bằng nhau, trong đó nhịp
lớn có số kh oang lớn hơn và không có dây neo. N hịp nhỏ có bố trí dây neo vào mô. Dưới
tác dụ ng của tĩnh tải nhịp lớn gây lực căng trước dự trữ trong dâv n eo đủ để khắc phục
lực nén do hoạt tải khai thác đứng trên nhịp nhỏ. M ô hình này đã được áp d ụ n g ớ nhiều
nơi như cầu H untington ở bang O hio (M ỹ) (hình 12.9).

I

I

Hình 12.9. Cầu dây váng hai nhịp củ nhịp klìôiiíị bằng nhau
(cầu Huntington ở bang Ohio, Mỹ)
Trong cầu dày văng hai nhịp tuỳ theo vị trí của trụ tháp, số dây văng ở nhịp biên có
thể ít hơn cho dến bằng nhịp chính.
Xét đặc điểm làm việc của hệ hai và ba nhịp, ta có thể xem hệ hai nhịp là nửa hệ ba
nhịp, như vậy với cùng chiều cao tháp (hình 12.10) cầu dây văng hai nhịp chỉ đạt được
chiểu dài nhịp bằng nửa hệ ba nhịp. Trong hệ hai nhịp còn tồn tại nhược điểm cơ bản về
phân bố dây, trong đó dây văng dài nhất, và góc nghiêng nhỏ nhất (tức là độ cứng dây
nhỏ) lại được bố trí vào nơi có độ võng nhỏ của dầm (gần gối), kết q u ả là làm giảm độ
cứng của gối đàn hồi, dẫn đến tăng m ô m en uốn của dầm , do vậy nên tránh vì không
m ang lại hiệu quả kinh tế.

168


Trorm khi đó, ứ cầu ba nhịp, các dáv văng dài nhất đưọc nố trí tại nơi dầm có đ ộ võng
lớn nhất do đó độ cứng tương đổi của dây là lớn nhất, làm íĩiảm m ô m e n uốn trong dầm
cứng và dây vănt; có thê phát huy hết tác dụng.
Như vậv trừ trường hợp đặc biệt t ủ a các cầu vươt đương, hoặc đối với các cầu vượt
sóng, do đặc điểm địa chất, dịa hình hoặc kiến trúc q u v í t định thì có thể áp dụng cầu
dày văng hai nhịp. Còn trona trường hợp chung cầu dâ\ vãntỉ ba nhịp là hệ man g lại hiệu
quá kinh tế kỹ thuật tốt nhất.
12.2.4. Cầu dây vãng nhiều nhịp
Cầu dâv văng có thê đạt được các nhịp rất lớn. hiện nay các cầu dây văng dầm cứng
bè tông cốt thép có thể đạt nhịp đến 500 H- 600m, nên thường chỉ dùng hệ ba nhịp để
vượt các nhịp chính, ph ầ n c ò n lại d ù n ơ c ác nhịp cầu d ầ n là đ ủ . T u y n h iê n đối với các c ầu

dài qua biển, nôi từ đảo này sang đ ả o khác, địa hình, địa chất khô ng thuận lợi cho các
nhịp ngắn, hoặc khi cần tãng cường, nâng cấp cầu cũ thì có thể áp dụng sơ đổ cầu dây
vãng nhiều nhịp.
Các sơ đồ chính của cầu dây văng nhiều nhịp thể hiện trên hình 12.11.
Nhược điếm chính cua cẩu dâv văng nhiéu nhịp là ơ các nhịp giữa không có các dây
neo vào điếm cỏ định, do dó dưới tác dụn g của hoạt lải, n ỏ men trong dầm cứng lớn hơn
nhiều so với hê cú đây neo.
- Hình 12.1 la (rình bày cầu dây văng nhiều nhịp được xây chmg qua thung lũng Mezcala
ớ Mêhicô. Cẩu gổm 5 nhịp dài 882m bố trí theo sơ đó (80 + 311 + 230 + 84 + 40)m, cấu
rong 20m, tháp cao nhất 1 17m.
- Để tãn° cường độ cứ ns của hệ. tạo khả năng chịu tĩnh và hoạt tải đều tốt tại nhịp
giữa có thổ dùnti các tháp cứng (hình 12.1 lb). Biện pháp này m an g lại hiệu quả kỹ thuật
tốt, nhưng làm tăng khối lượng công trình m óng trụ và tháp cáu do phải chịu lực ngang,
- Một biện pháp dẻ được chấp nhận hơn là biến hệ nhiều nhịp thành nhiều hệ ba nhịp
nôi với nhau bằng một trụ neo ch ung (hình 12.1 lc). Tuv nhiên phải bố trí thêm trụ ở
giữa sông, chiều dài các nhịp không đều nhau, phá vỡ tính hài hoà, mỹ quan của hệ
nhiều nhịp.
Tóm lại cầu dây văng có thể làm theo sơ đồ hai. ba và nhiều nhịp, trong đó hệ ba nhịp
là hệ có nhiều ưu diêm hơn cả. Trong thiêt kê nén xem xót trước tiên đên hệ ba nhịp,
trong các trườna hợp đặc biệt khì cán xem xét các hê khác thì cần nghiên cứu các đặc
đ iếm của từ n a trư ờ n

2

hợp và so sá n h , tu yển ch ọn trẽn c ơ sứ n h iề u m ụ c tiê u để được

phương án thích hợp nhất.
V í d ụ , đ ố i vớ i c ầ u q u a y s ô n g H à n , t h à n h p h ố Đ à N a n g t h ì p h ư ơ n g á n c ầ u h a i

nh ịp cân b ằn g, tháp cầu c ứ n g là p h ư ơ n g án d u y nhất c h o cầ u d â y v ă n g q u a y đ ư ợ c

tnhi trụ (hình 12.7).
169


Hình 12.11. Các sơ đồ cầu dây văng nhiều nhịp
12.2.5. S ơ đ ồ và sự p h â n bô d â y
Trong cầu dây văng, dây đóng vai trò các gối đàn hồi của d ầ m cứng, sơ đồ và sự phân
bố dây ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và các chỉ tiêu kinh t ế kỹ thuật c ủ a cầu.

12.2.5.1. Góc nghiêng dãy
Về mặt lí thuyết, góc nghiêng tốt nhất của dây văng là 45° với góc ng h iê n g này, đô
cứng của gối đàn hồi là cực đại. Tuy nhiên với góc 45° tháp cầu sẽ q u á cao, gây bất lợi
về mặt thi công, tính thẩm m ỹ và khả năng chịu ổn định chịu nén uốn, đ ồ n g thời giá
thành của dây d ầ m và tháp cũng lớn. Trên cơ sở các nghiên cứu thực n g h iệm c ũng như lí
thuyết, góc nghiêng tốt nhất của dây văng thoải nhất so với phương n g a n g nên lấy trong
khoảng a = 25 4- 28°.

12.2.5.2. Sơ đồ dây
-

Sơ đồ đồng quy. Sơ đồ dây đồng quy là sơ đồ có các dây văng qu y tụ tại m ột nút cố

định trên tháp cầu, từ đó các dây toả x uố ng neo vào dầm cứng tại m ột số đi ểm , tạo thành
các gối đàn hồi của dầm (hình 12.12).
Trong sơ đồ dây đồng quy, các dây được liên kết cố định tại nút trên tháp cầu (kể cả
dây neo), nên ứng với mọi vị trí của tải trọng, nội lực của các dây thông qua nút và dây
170

neo truycn vào dám cứng và mỏ trụ, do đó hệ có độ cứng lớn, và th áp cầu chịu m ổ m e n
u ó n n h o ( k h ô n e c h ị u u ố n n ế u c h â n t h á p l i ê n kế t k h ớ p với t r ụ) . S ơ đ ồ d â y đ ồ n g q u y đ ư ợ c

dùng phổ biên và hiệu quả c h o c á c cầu nhịp không lớn, ít dây, khoan g lớn, khi đó cấu
tạo nút dây trên tháp-không quá phức tạp. Các cầu dây văng thê hệ đầu tiên thường dùng
sơ đồ đồng quv: cầu Kiép (Ukraina) có 6 dây, cầu Saint - Nazaire có 16 dây. Ngoài ra
trong c á c cầu tháp cứng, hoặc bố trí d â y kh ôn g đối xứn g qua tháp c ũng thường dù ng sơ

đổ đồng quy. Tuy nhiên với cầu lớn, nhiều dây thì câu tạo nút neo dây trên tháp rất phức
tạp, đạc biệl khi Iĩìỗi dây có một neo riêng liên kết với tháp. Đ ể tránh nhược điểm này,
cỏ thế phân bố đéu các đâv trẽn tháp để được sơ đồ song song và rẽ quạt.

- Sơ (lố som> som>. Trong sơ đổ dây song song, các dâ> vã n g ở mỗi bên tháp cẩu song
song với nhau, phân hố cách đều ĩrcn Iháp và (lẩm ^1": Như vậy nổi nút chí tạp trung
nhiều nhất hai dây nên cấu tạo đơn giản. Vổ inặt mỹ quan, các dây song song tạo dáng
đẹp, thông thoáng và thanh thoát, tại mọi góc nhỉn đéu cảm nhận các đường nét song
song và cách đều. trong khi ở các hệ khác các dây giao cắt nhau theo các đường lộn xộn
(hình 12.13 a.h).
Tuy nhiên vổ mật chịu lực và cấu tao, sơ đổ dáy Sony song có các nhược điếm sau:
- Các dây có cù ng góc n g h iê n g so với p h ươ ng n g a n g và là gó c n g h i ê n g n h ỏ nhấ t nên

giám độ cứng của các nút neo dâv.
- Chí có một dây trên cùng được nối với dâv neo, còn các dây khác chỉ được liên kết
với dám và tháp tại các điếm có chuyển vị dàn hổi. Chuyền vị này làm giảm độ cứng của
hệ. làm lănẹ inỏinen uốn của d ẩm khi chịu tái khỏne dôi xứng.
- V ề mặt cấu tạo, nếu tất cá cá c d â y liẽ n kết c ố đ in h v à o tháp, thì tháp cầ u c h ịu uốn

như một dầm một đầu ngàm (chân tháp), một đầu lựa trẽn gối đàn hổi (dây neo trên
c ù n 2 ) chịu các lực tập trung nằm ns an g, tác d ụ n s vào thán tháp, gây bất lợi cho một
thanh chịu mômen uốn và lực nén đểu lớn. Nếu các dãv bỏ trí di độ ng trên tháp cầu thì

các điếm neo dây truns gian (các dây không liên kết với đàv neo) có độ cứng nhỏ khi
chịu tài trọng bấí kì. Muốn đám hảo độ cứim và đô ben của hê buộc phải tăng cường độ
lớn cua dám cứng, điều này k h ố n <4 inang lại hiệu qua kinh tế.

171


Để khắc phục nhược điểm trên, thường b ố trí thêm các trụ neo vào nhịp biên, biến
nhịp biên thành hệ cầu dẫn (hình 12.13c). Các trụ neo phụ ở nhịp biên tỏ ra có nhiều ưu
điểm đậc biệt về nhiều mặt mà ta sẽ phân tích sau.
a)

V «

107,90

1;
260,00

107,90

475,80

Hình 12.13. Sư đồ dây song soiìịỊ
a) Sơ dồ dây song song của cầu Dusseldoiý; b) Cầu nlìiều dây

SOHÍỊ S O I 1 Í’ ;

c) Sơ đồ dây song song có các trụ neo phụ

-

Sư đồ r ẽ quạt. Sơ đồ dây hình rẽ quạt là sơ đồ trung gian giữa đồn g quy và song

song, trong đ ó các dây được phân bố trên tháp cầu với khoảng cách đủ để có thể cấu tạo,
lắp đặt và điều chỉnh chiều dài dây trong quá trình thi công. N hư vậy các dây bố trí
khôn g song song với nhau để tranh thủ các góc nghiêng lớn hơn ở các dây trung gian và
tránh tối đa iháp cầu bị uốn ngang. Trong sơ đồ rẽ quạt, các dây được neo c ố định trôn
tháp cầu, do đó khoảng cách giữa các điểm neo dây trên tháp thường lấy nhó nhất có thể
được, tránh tháp cầu bị uốn ngang (hình 12.14).
Sơ đồ dây hình rẽ quạt được dù ng phổ biến nhất cho các cầu nhịp lớn, k hoang nhỏ,
nhiều dây.
Tuy nhiên tro ns hệ nhiều dây kh oang dầm nhỏ, các dây văng ớ nhịp biên tại vị trí gần
m ố làm việc rất kém do dây có chiều dài lớn, góc nghiêng nhỏ, lại được neo vào các vị
trí dầm có độ cứng lớn (gần gối), kết quả là m ỏ m e n uốn trong dầm cứng tại khu vực này
thường lớn hơn nhiều so với các khu vực khác. Để khắc phục hiện tượng này (giảm
172


mômen uốn dương cai các khoang gần mố) đồng thời tăn 11 !. cứng của các gối đàn hồi
nhịp eiữa thì có thể bố trí thêm một sô' trụ neo phu. Các tru neo phụ có thể bố trí tại các
nút dây nhịp biên (trường hợp khoang lớn), hoặc chi can bò' trí một vài trụ neo tại nhịp
biên như cách giải quvết trong cầu T hư ợng Hải, Truna Quốc (hình 12.15).

Hình 12.14. Sơ đổ bô tri dá\’ hình I ẽqiiíii
a ) Dây dàv khoan ẹ nhỏ; b) Dủx ii kht nu líỊ lớn

H ìn h 12.15. Sơ

aì Cần

C/IKI

đ ồ ( l á y h ì n h r ẽ í / I t a ĩ c ó ! r u n e o DÌILỊ

sónq R/ùn â Duisbourg (Đức); bì Củu 1 hiontt n ả i

( T r u n i>

Quốc)

Trụ neo phụ tại nhịp biên còn có tác dụng làm giám ỉ ực nén trong dây neo khi hoạt
tải dứng trên nhịp biên. Giảm lực nén trong dây neo đồnạ n r h ĩa với việc đảm bảo môđun
đàn hỏi cua các dây chịu nén (do hoạt tải) đỡ bị giám nhanh

1 73


Khi câu tạo thêm các trụ neo phụ, hoặc biến các nhịp biên thành cầu dẫn, cần tiên
hành so sánh tổng giá thành toàn cong trình gồm kết cấu nhịp và mõ' trụ. Việc bố trí các
trụ neo, tạo nhịp biên thành cầu dẫn như cầu qua sông Rhin ớ Duis bourg (hình 12.15) và
cầu Norm an die là các ví dụ điển hình.
Trên đây giới thiệu các sơ đồ phân bố dây thông dụn g nhất, ngoài ra còn có thể tổ
hợp các hệ cơ bản trên để tạo thành các hệ liên hợp.

12.2.5.3. S ố lượng dày, chiều dài k h o a n g và chiều dài nhịp
Một trong những đặc điểm về tính (ta dạng của cầu dây vãng là số lượng dây và chit 11
dài các khoang dầm. Các dây văng neo vào dầm chủ, chia dầm thành nhiều khoang, só
iượng dây nhiều, chiều dài khoang giảm, m ô m e n uốn cục bộ trong pham vi khoang
giảm. Khoa ng dầm nhỏ, số lượng dây

Iìhiều,

cấu tạo neo đơn gián, công nghệ lắp dạt

dây và d ầm chủ đơn giản hơn.

c-c
a)

B&a

\°
o
o ị
to
-L .
»—

h t t

| I

-40

—

1 T i 1
4 9 3 .3 0

4 9 3.30

b)
4 4 1 .0 0

97.5

97.5

87.0

9 7 .5

1

97.5

477.0
524.9

55.0.
----------- luyiL
— -— ||jỊj|ị

r--- llrỴlỉl
-1
h -H
-=^
^
ai

—Ị---------------1
ịuA ịii

Hình 12.16. Các cáu dâx \'ủỉ!íỉ khoang ỉon
(ỉ) Cần Maracaiho í\ Cìỉẽi nêỉa); b) í'chi \ 'culì-EI-Kiif {ỉ.ibie)
174

C Ũ I1”


Tru* )V nhừng năm 1980, khi côniỉ nuhệ thi côriS! ìúnỵ cầu đ â v vãnu chưa được áp
dụna Iọnạ rãi, đã dìu V2 các khoang rai lớn. Ví du nan: \u ()2 b iáo sư M orandic người Đức
đà xàv dựng thành co ng ba cấu ciâv va ng độc (láo: thứ r.hất là c ầ u M a r a c a i b ỏ ở

Vênè/.ucla nhịp 235m, khoang giữa dài 76m, trong đó hai cán h hẵng dài mỗi bên 15m
và dam deo dài 46m (hình 12.lỏa ); thứ hai là cáu Prnlrevera (Italia), 1967, cầu dây
văng nhiều nhịp có sơ đổ (68,7 + 202.3 +207,9 +

khoang dầm 73,2m; thứ ba

là cáu Vadi-El-Kui' ớ Lihie, năm 1971, cẩu ba nhịp eo sơ đỏ (97.5 + 282 +9 7,5) m (hình
12.16b).
1 ỈC dieitt cùa các cáu trên là tháp cứnhắng,

;ữa hai kh unc bố trí một dám đco. ( ac cầu (lây vár.g khoang lớn nh ư trên không

xây (krrm d ư ợ c th e o c ô n g n g h ệ thi CÒIIS;

hầnỵ

nên k h ô n g CỈL ợc p h á t trit-n r ộ n g răi.

Đẽ phù họp với cóiìii nshệ thi c ò n s hẫng, chiểu dài khoaniZ ih ư cn g chọn trên cơ sở
chiều (iài của giàn giáo treo, hoặc khá n ã n s của cán cấu lap hảng. Mặt khác với khoang
lớn có the dùng các thiết bị thi công lớn. đẩy nhanh tiên độ thi công, k h oang nhỏ lại có
the ụiám mòm en uốn cục bô và do đó eiain độ lớn của d a i r .
[ hực tê xây dựna cãti dây vãnu nhím ụ năm ìỊần dây d i o thí-V rõ khuy nh hướng dùng
ac n h í p lớn c ù n ỵ VỚI việc g i ả m c h i é u d à i k h o i i n s d á m . ( ì i á m c h i c u d à i k h o a n g d ầ m sẽ

iiam inôincn uốn cuc bô trons phạm vi khoang, phù hơp YO'1 cò nu nghệ thi cóng h ẫ n s
khỏrm cán giàn ííiáo cũng như không phu thuộc vào (liắi kiện mòi trường như khí t»fợng
iluiv v a n Iren s ỏ n u . Đ a c biẽt đố i VỚI d á m e ứ n u bằnìi bê t o n ^ r o t t h é p , k h o a n g , n h > V'ra

phù hợp với chiổu (iai tiỏt đổ bê tó m 1 (đúc íìẫne), hoặc khá l ù n g c ủ a c ầ n c ấu (láp hẫn g),
vừa là m cho cấu tạo neo (lơn Ngoài ra việc clìmụ khoaim nho c ò n n â n g cao dó (lự ỉr ì an tí an c h o c ổ n g trình, khi
một vài (lây hoặc neo bị hư hỏ ne hoặc' co sự c ố ih'] d a m c ứrìíỉ k hỏ rm bị hư hai n g h i ê m
irọnị’. Vi ộc thay thố sửa chìm các dãv \ ăng và neo cũng dc dà IU;!, thuận lợi hơn đ ồ n g thời

van có the c ho phép (hỏng xe lái trọng nhẹ. V í dụ, cai -1 lỉ ro to nn c q u a s ô n g Scine ở P h á p
có nhịp chính 32 0m . dá m chủ hãnu be tô nu cốt thép (iir ['ŨÍỊ lực dược đ ỡ hằ ng 42 dâ y
v ã n s . mỏi đày cách nhau 5m (hình 12.17).

ỉ ỉ m h

1 2 .Ị7 .

( ' í' ỉll !-)!'(■ ! ( >/ ' ! ' ■

1 7 >7

Uidtỉ/!^

ii.ilỉ

i l ){> ( ' t t l )


Thực tế khi dùng các khoang nhỏ (3 -H 5)m, dầm cứng làm việc n h ư m ột d ầ m liên tực
tựa trên nền đàn hồi với trị sô m ô m e n uốn do tĩnh tải hầu như k h ô n g đ á n g kể so với hoạt
tải, nhất là khi thực hiện tốt việc điều chỉnh nội lực.
Trên thực tế đã có nhiều cầu dây văng dầm cứng bằng bê tông cốt thé p với chiều dài
khoang 3m (cầu Bario de Luna ở Tây Ban Nha).
Nhược điểm của hệ dây dày khoang nhỏ đương nhiên trái ngược với hệ có khoang
lớn, ờ đây việc đúc hav [ắp đặt tùng đốt dầm, từng dây văng có kích thước, trọng lượng
nhỏ dễ dàng hơn, nhưng lại cần lắp đặt nhiều lần hơn và mỗi lần lại cần cãng chỉnh để
khống c h ế nội lực và biến dạng trong hệ. Tuy nhiên hiện nay với kỹ thuật, công nghệ và
các thiết bị hiện đại, các nhược điểm trên dần dần được khắc phục.
Sau đây là chiểu dài khoang (d) của các cầu được áp dụng vào nước ta:
- Cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long), d = 10,4m;
- Cầu Kiền (Hải Phòng), nhịp chính d = lOm, nhịp biên d = 8,5m;
- Cầu Rạch Miều (Bến Tre), d = 10,4m;
- Cầu Bãi Cháv (Quảng Ninh), d = 6,5m;
- Cầu Cần Thơ, d = 12m.
Như vậy chiều dài các khoang thường được chọn để thoả m ãn các yêu cầu về cấu tạo,
chịu lực và thi công. ĐỐI với dầm cứng bằng bê tông cốt thép chiều dài khoa ng có thể
chọn trong khoảng 3 ^ I2m.
Các khoang như trên thường được chọn xuất phát từ khả năng về tầm với của cần cẩu

hoặc chiều dài của giàn giáo treo khi thi công hẫng, từ điều kiộr. giảm m ô m e n uốn cục
bộ trong phạm vi khoang.
Một vấn đề cần quan tâm là định tỷ lệ chiều dài các khoang. T h ô n g thường có thể
chọn các khoang dầm bằng nhau, khi đó dưới tác dụn g của tải trọng tĩnh phân b ố đều,
bằng biện pháp điều chỉnh nội lưc trong thi công, có thể tạo được sự phân bô m ô m e n
uốn đồng đểu trên toàn nhịp, trong đó m ô m e n có giá trị bằng m ô m e n trong d ầm liên tục
nhiều nhịp iưa trên các gối cứng có chiều dài bằng khoang dầm. N h ư vậy kh oang dầm
càng ngắn, rnômen nôn do tĩnh tái càng nhó (hình 12.18a) và trở thành k h ông đá ng kể
đối với các cầu nhịp lớn. Ý tướng dổn toàn bộ tĩnh tải cho dây chịu trong cầu treo dây
võng cũng thành hiên thực trong cầu dây vãng.
Trên hình 12.18b thể hiện biểu đồ bao m ôm en do tĩnh và hoạt tải, d ạng răng cưa trên
đường bao thể hiện giá trị mômen uốn cục bộ trong phạm vi kho an g dầm . Với các dám
cứng đủ lớn để chịu đươc mỏ men uốn tổng thể do tải trọng thể hiện trên đường bao thì
giá trị cục bộ quá thât không đáng kể M ôme n uốn tổng thể do tĩnh tải đã được triệt tiêu
trong điều chinh nội lực.
Cầu dây vãng là hê không có lực đẩy ngang tác dụng vào nền đất, toàn bộ lực ngang
trong dây đều truyền vào dầm cứng. Vậy dầm cứng trong cầu dây văng ngoài chịu uốn
176


còn chịu ncn. Dưới tác dụng của tĩnh tài và lực điều chinh, thàn h phần thẳng đứng của
nội lực dày gần như hằng nhau (trường hợp khoang dầm háng nhau) và bằng (gxd),
g, d lán lượt là cường đô tải trọng lĩnh phân bố đều và

với

chiều dài k hoang dầm. Lực dọc

trong dám có giá trị lớn nhất tại khoang giáp tháp cầu, giảm dần theo d ạng bậc thang và
gần hằng không tại khoang giữa (hình 12.18a) (nếu khôns kể độ cứng chịu uốn của

tháp). Vậy Irong hệ khoang nhỏ, dưới tác dụng của tĩnh tái, d á m cứng chủ yếu chỉ chịu
nén. Trị số môinen uốn do hoạt tải sẽ:
- Tý lệ thuận với độ cứng chịu uốn cúa dầm EI;
- Tỷ lệ nghịch với độ c ứ ns chịu kéo của dây EA;
- Tỷ lệ thuận với chiều dài d â y s;
- Cách liên kết của dàv neo (có neo vào điểm cô' định khỏno ?).

b)

I I i n h

1 2 .1 8 .
và

c 'át' cỉụH íị Ì)ìẻị( d o

(Ịư ờ n

;> b

a o

m ô ììteiĩ

m ôììĩC ỉì tr o n g

(ỉ) B i ê u d ỏ n ừ m e n l i ổ n

vả

lực

d ầ m
d ọ c ;

Lion
c ử n y

,

lự c
c ũ n

ii< í ' J n

íĩn h

ỉủ i

(ỉứv

b ) b í c h d u ìh to m n ỉ ì i e n

Troníĩ hệ cỉàv íl khoang lớn, mỏrncn uốn thườne có iỉia [rị lớn nhất ở khu vực giữa
nhịp chính, còn ưonụ hệ nhiều dây, khoang nhỏ thỉ mỏm en Lốn lớn nhất lại xuất hiện ở
n h ịp b icn , khu vưc ẹán

1 1

ÌỐ cáu, nơi có d âv văn g dài lạ i bo

f ì

1 \ ào v ị t r í d ầm cỏ độ võ ng

177


nhỏ nhất (gần m ố cầu) nên dây làm việc rất ít, dầm chủ phải chịu hầu hết tải trọng trong
khu vực. Do dó trong nhiều trường hợp để giảm m ô m e n uốn ở nhịp biên có thể bố trí
thêm các trụ neo phụ. Số lượng trụ neo phụ có thể chọn một n h ư cầu Elorn (Pháp), cầu
Thượ ng Hải (Trung Quốc), cầu Bãi Cháy, cầu Cần Thơ, hai, hoặc nhiều trụ để biến
thành hệ cầu dẫn như cầu No rm an die (Pháp).
Việc bố trí thêm các trụ neo phụ ở nhịp biên chẳng nhữ ng cải thiện sự phân bô
m ô m e n trong dầm cứng, tăng độ

cứng toàn hệ, giảm lực nén trong dây neo m à còn tạo

thuận lợi cho việc thi công dầm từ hai m ố vào nhịp giữa.
Th ôn g thường ch ọn các kho an g có chiều dài bằng nhau. Khi dù ng hệ nhiều dây,
khoang nhỏ, thì do ảnh hưởng của gối cứng, các dây văng kề tháp chịu lực rất ít, đ ổ n g
thời m ô m e n uốn dương trong khu vực lại nhỏ, m ô m e n âm trên gối cứng tại tháp lại lớn,
do đó có thể chọn các khoang kề tháp lớn hơn các khoang còn lại. Việc định chiều dài
khoang dầm kề tháp của các cầu đã xây dựng rất khác nhau, nhiều cầu ch ọn các khoang
bằng nhau, nhiều cầu chọn khoang kể tháp rất lớn.
K hoa ng kể tháp còn do độ lớn d ầ m quyết định, nếu dầm đủ lớn để có thể chịu được
m ômen , lực dọc thì nên chọn khoang kề tháp gấp 1 4- 2 lần khoang tiêu chuẩn.
Sau đây là chiều dài của các kh oang kề tháp dị được áp dụ ng vào các cầu ở nước ta:
- Cầu Mỹ Thuận, dị = 1,4 dchujn = 14, 6m;
- Cầu Kiền, d, = 1,35 d ehlliin = 13,5m;

- Cầu Bãi Cháy, d, = 5,38 dchuẩn = 35m;
- Cầu Cần Thơ, dị = 1,66 đ chuà’n = 20m.
Riêng cầu Bãi Cháy, vì là hệ

một mặt phẳng dây, dầm cứng rất lớn nên chiều dài

khoang kề tháp có thê chọn lớn hơn các cầu hai mặt phẳng dây.

Hình 12.19. Các sơ dồ cấu dây vâng hệ nôi

178


Lại có phương án thay gối cứng trên trụ tháp bằng một dâv vãng thẳng đứng tạo
thành một gối đàn hồi (hình 12.19). Sơ đồ này gần giống như 'o à n bộ d ầ m cứng được đặt
trên các phao nên mang tên là “sơ đồ nổi” . Trong sơ đồ nổi n^oài hai gối c ố định đặt tại
hai mô' hoạc trụ biên, toàn nhịp được đ ờ bầng

các

dây văng (các gối

đàn

hồi),

tránh được

sự thay đổi đột ngột độ cứng các gối tựa, do đó sự phàn bỗ r n ỏ m e n trên toàn cầu đồng
đểu hơn, tránh các đột biến môinen và lực cắt khi qua các eôì cứng. Sơ đ ồ cầu dây văng

hệ nổi còn có ưu điểm giảm chấn đo đ ộng đất.
T ron 5 khi các khoang kề tháp chịu lực nén cực đại, thì các lchoang giữa nhịp lực nén
lại bằng không (với điều kiện dầm liên tục giữa hai m ố và bỏ qua độ cứng chịu uốn của
tháp cẩu) do đó với dầm cứnR bằng bê tông cốt thép thì do k h ông chịu lực nén nên
khoang giữa lại chọn nhỏ hơn (0,7 -ỉ- 0,8) lần nhưng vẫn đám bảo điều kiện hợp long.
Cũng có thể chọn khoang giữa lớn hơn cá c khoang chuấn, khi đó ứng suất kéo trong
dầm được giải quyết bằng các bó cáp d ự ứng lực.

12.2.5.4. Sô mặt p hang dây và các d ạ n g tháp cầu
Trong cầu dây văng, số mặt phẳng dây và cấu trúc tiết diện n g a n g hệ mặt cầu thường
quan hệ chặt chẽ với nhau. Cầu dây vãng cung có thể xem là cầu giàn đường xe chạy
dưới, trong đó độ lớn của hệ mật cầu phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai giàn chủ.
a)

b)

c)

Hỉnh 12.20. Các mặt phẳnẹ dây irên mặt cất ngang
a) Cầu có hai mặt piiẳng dây; b) Cẩu có ba mật phổng dây;
c ) Chia thành hai cấu, mối cầu hai mát ph.ini’ dáy
179


Với các cầu có chiều rộng trung bình khoảng 10 ^ 20m, thường ch ọn hai m ật phảng
dây bố trí thẳng hoặc xiên tạo thành hai giàn chủ riêng biệt, mỗi giàn gồm các d ây văng
chịu kéo và dầm cứng chịu nén uốn và một hệ mặt cầu nối hai dầm chủ (hình 12.20a).
Với cách giải quyết như vậy, các bộ phận của hệ mặt cầu làm việc độc lập với nhau, hệ
dầ m dọc phụ, dầm ngang và bản không tham gia làm việc với d ầ m chủ. Tuy nhiên khi
chiều rộng cầu lớn nh ư trong nhiều cầu hiện đại có chiều rộng tới 30 -r 60 m, nếu dùn g

hai mặt phẳng dây thì hệ dầm mặt cầu sẽ rất lớn và nặng nề, khi đó có thể bố trí ba bốn
mật phẳng dây (hình 12.20b), hoặc chia thành hai cầu độc lập, mỗi cầu có hai mặt phẳng
dây đứng song song (hình 12.20c). Hệ có hai hoặc nhiều mặt phẳng dây chắn g những
làm nhẹ hệ mặt cầu m à còn tạo khả năng ch ống xoắn tốt, nên có thể không cần đến dẩm
cứng có độ cứng chống xoắn lớn (tiết diện hộ p có chiều cao lớn).
Các mặt phẳng dây bố trí thẳng đứng tạo đơn giản cho việc định vị neo trong quá
trình thi công, các mặt phẳng dây bố trí xiên (hình 12.21) tạo cho hệ chịu lực ngan g và
làm việc không gian tốt hơn, ví dụ khi có tải trọng lệch tâm trên nhịp giữa thì cả hai giàn
dây nhịp biên cùng tham gia chịu lực, trong khi giàn dây thắng đứng thì các giàn luôn
làm việc độc lập.

Hình 12.21. Hai mật ị. íiắtig dáx b ổ trí xièỉì

180


Tr on e các càu hiện đại th ưò nu d ù n e d ầ m chu tiêt diện h ộ p , trorm đ ó tât ca vật liệu
cáu thành tiót diện đcii th a m RIU chịu lực t ổ n s tho c ũ n ạ n h i c ụ c bộ, ví dụ bản m ặ t cầu
vừa (ham liia chịu IIón cục hộ, vừa là ban trôn cua dám chú t h a m gia c hị u nén, uố n dọc
va Iiiiang.
N u o à i ra, uẽ t d i ệ n h ộ p c ò n c ỏ k h á núng chổi i i i x o ắ n t J t n c n c ó thế đ ám n h i ệ m thay

cho sziàn, trườne hợp đó có the chi can hố trí niòt rnãt p h ầ n " dây giữa cầu. Một mặt
p h a n g dãy ui lìa cấu, vừa có t á c dụnn l à m giài phân c á c lì vừa khôn g che khuất tầm nhìn

ra sỏne, đặc biệt với cáu có dày dàv khoang nhỏ (hình 12.22).
3)

Ể
I

n

ĩtr

H ì n h 1 2. 22 . ('(hi d ủ x
í/j

Tiìíip

ỈỈÌỌÍ c ộ Ị ( ỉ i í i i :;//?<./ (

'V/ li í V í / í h’

c ó ìiìoỉ iìíiĩỉ

/>j /V/<7/> a / / / í /í / ' / , (sf

IV 7 / V í ) / m ậ t p l u Ĩ Ị i i ị c ỉ â \

Trén quan điém kiến trúc, inộl mặt p h á n g dâv vơi s(í do hi:ì kv, ớ mọi vị trí, mọi tẩm
nhìn, dây tạo th ùn 1! một manLĩ các dirờ ns nét man h, th o .n u ’ v'à k h ô n g bị g ia o cắt nha u
l ộ n x o n n h ư i r o n e c á u c ó nhicLi 111Ạt p h u i i £ d â y .
! u V n h i ê n t r o n " hộ m ỏ i ma ! p h a n lĩ d â y c a n c ó d a m clìú l‘Vn, tiết diện h ộ p đ ủ c h ố n g
x o a n di c h ị u lai t r ọ n ẹ l ệ c h t a m YU ỎI1 đ ị n h k h í đọiiLí.

Cảu

một

mật pháim dây tỉược ápdụns* vào một so c;:LiÍÌVIÌ thê giới như:

( P h á p ) n h ị p 320m rộns l c).2m. càu Iroic (Pháp) n h ị p 4

0

cầu Brotonne

r ộnơ 2 3 , lm . Hiện nước ta

c ỉ a n 2 \ ã v d ự n u c á u Bãi C h á y , c á u m ộ t m ặ t p h ả n ” d a v l ì ' n h : p c h í n h 4 3 5 m , c h i ề u r ộ n s

cati 2.\3m. Cho đốn nav cau Bài Clìáv «iử ký lục vổ chici, cìài n h ị p cầu dâv văns bồ íông
c o t t hóp m o i mặ t p l n m u d a y .

181


Trong cầu một mặt phẳng dây, tháp thường có dạng một cột đứng giữa cầu (hình
12.22a). The o phương ngang, tháp làm việc như một thanh một đầu ngàm, một đầu tự do
chịu hầu như toàn bộ tĩnh và hoạt tải đứng trên nửa cầu hộ ba nhịp và tải trọng ngang do
gió tác dụng lên dây và tháp. Kích thước chân tháp đủ lớn để đảm bảo ổn định thì sẽ
chiếm diện tích phần xe chạy, chân tháp nhỏ sẽ khó đảm bảo ổn định khi bị nén uốn. Để
khắc phục nhược điểm trên, có thể áp dụng tháp dạng A (hình 12.22Ò). Thá p dạng A trong
hệ một mặt phảng dây với kích thước vừa phải hoàn toàn thoả mãn các điều kiện chịu lực
và cấu tạo mà không chiếm nhiều diện tích phần xe chạy. Ngoài ra trong hệ một mặt
phẳng, dây văng được neo vào một điểm giữa bản mặt cầu (bán mỏng) khó có thể truyền
đều lực nén lên toàn tiết diện hộp. Để khắc phục nhược điểm trên có thể chọn tiết diện hộp
có thêm hai vách ngăn tại giữa nhịp để truyền lực nén của dây lên toàn tiết diện.
Vì vậy khi thiết k ế cầu dây văng, việc áp dụng phương án một mặt phắng dây tiết diện
hộp kín cần được xem xét tỷ mỷ trên cơ sở kỹ thuật thi công, giá thành và tính thẩm mỹ.

Cuối thế kỷ XX, bắt đầu từ những năm 80, khi thiết kế các cầu nhịp lớn, kh ổ rộng, đê
giảm chiều cao, độ lớn của dầm chủ và hệ mặt cầu, cầu dây văng có nhiổu mặt phẳng
dây mới được khẳng định lại ưu thế của mình.

12.2.5.5. Các dạng tháp cầu và liên kết với trụ
Trong cầu dây văng, tháp là bộ phận quan trọng có lính chất quyết định đến chi tiêu
kinh tế kỹ thuật và độ an toàn công trình. Thá p cầu chịu toàn bộ tĩnh và hoạt tải tác d ụna
lên kết cấu nhịp, thông qua trụ truyền tải trọng xuố ng đất nền. Tuỳ theo kích thước và
liên kết của tháp với trụ, hoặc móng có thể phân biệt hai loại: tháp m ề m và tháp cứng.
Thá p m ề m theo đúng nghĩa là tháp có dạng một k h ung ngang, liên kết khớ p với trụ
hoặc móng. Với liên kết khớp, nếu dùng sơ đồ dây đồng quy, tháp khô ng chịu m ô m e n
uốn theo phương dọc (hình 12.23a). Độ ổn định tĩnh học của tháp được đảm bảơ bằng
dây neo liên kết với đầu dầm chủ. Với mọi tổ hợp tải trọng, dây neo phải đảm bảo luôn
chịu kéo. T h á p cầu m ề m được áp dụng nhiều trong các cầu treo dây võng ở nước ta và
vào cầu dây văng Saint - Nazaire ở Pháp.

Hình 12.23. Các dụng tháp cầu niêm
a) Tháp liên kê! khớp với trụ; b) Tháp liên kết níịàm với trụ; c) Tháp liên kê! Iit>àm với chun c/ití
182


Trong nhiéu trường hợp dể đơn gian thi công, đám bảo ổn định trong quá trình lắp
ráp, sửa chữa, dặc biệt khi dùng bê ‘ông cốt thép thì tháp thường liên kết ng àm với
mỏng. Tuy nhiên do kích thước tiết diện ngang không lớn, độ cứng nhỏ, đỉnh tháp lại
được liên kêt với mô cầu qua dây neo. tạo thành tam ai ic cư bán, tháp cầu, tuy liên kết
ngàm với trụ, cũnR thường được xem là tháp mềm (hình 12.23b).
Đa sô các trường hợp, tháp cầu tựa trên đỉnh tru hoặc irựe liếp lên móng. The o phương
ngang khoảng cách tĩnh giữa các cột phái đủ rộng đe đám bao tĩnh không mặt cầu.
Trong các cầu một mãt phẳng dày, tháp một cột đơn

dưng £>iĩra cầu

có thể ngàm trực

liêp vào dẩm chú, thông qua gối truvền phản lực xuône trụ và m ó n g (hình 12.23c).
Nhiều trường hợp, để giảm độ lớn cua dám ngang, mặt cẩu cổ thể cấu tạo dạng cánh gà,
[rong đó phán bên trong hai giàn dâv bô trí cho xe nậne. phần cánh gà bố trí đường xe
nhẹ, hoặc đường người đi.
Đối với cầu hai hoặc nhiều nhịp việc bổ trí các dây neo gặp khó khăn. Để đảm bảo
hạn c h ế chuyển vị đỉnh tháp, thường phải cấu tạo tháp có độ cứng lớn theo phương dọc.
'Pháp cấu đứng độc lập (không có đâv neo), chịu toàn bộ lực ngan g do các dây văng
iruyển vào. Để có độ cứng lớn, tháp thường có dạng chữ A licn kết ng à m với móng, khi

183


The o phương ngang, các cầu có hai mặt phẳníỉ dây thì tháp thườno có dạng hai cột
đứng thẳng và độc lập (hình 12.25‘à ). Để tăng cường ổn định nsỉang. các cột dược ơiằiis
ngang tạo thành khung kín (hình 12.255). Thá p cầu dạng trên dược dù ng trong các cáu
có hai mặt phẳng dây. Do cột tháp thẳng đứng nằm ngoài mặt cấu nên các dây neo vào
dầm tạo thành mật dây nghiêng, gây lực kéo ngang trong mặt cầu (hình 12.25ab). Đổ
tránh hiện tượng trên, thường bố trí tháp dạng hình ihans. hoặc tam giác, tạo các mặt
dây thẳng đứng hoặc nghiêng, đé triệt tiêu lực kéo ngang hoặc tạo lực nén trước trong hệ
mặt cầu (hình 12.25). Đối với cầu một mặt phẳng dâv thì có thể áp d ụ n 2 các sơ đổ hình
12.25 e,g,h.i.

T
t

ĩ

T

k
í

ĩỉinh 12.25. Cúc clạiìí’ tỉiúp cần theo phươniỊ nọc/nụ
12.3. CẤU T Ạ O C Á C BỘ PHẬN C À U D Â Y V Ả N G
12.3.1. C ấu tạo dầm chủ
Dầm cứng troníĩ cầu dây văng chủ yếu chịu nén uốn, về mặt lí thuyết, hệ có thế câu
tạo như một giàn liên kết khớp tịii các núi neo dâv. trong dó các đàv văng và dây neo
đảm bao độ cứng của hệ. Tiên thực tế đê đưn gián cấu tạo, dầm dược làm liên tục, nhăm
184


íăno c ườn u dô cứne của d á m chịu tai troim cục bỏ. Dưới ' ác d ụ n g c ủ a tải trọn g ph â n bỏ
tròn toàn nhịp, dó cứna củ a d a m an h hướiìH k h ò n e dáng k-} đ ế n đ ộ v õ n g c ủ a hệ, đặ c biệt

là các cầu nhịp lớn, dây dày, khoang nhỏ thì anh hướng nay lại cà ng nhỏ. Kết quà
nuhiên cứu cho thấy khi tăn
5%. Khi chịu tải trọns cục hô, dâm cứng liên tục có tác dung phân bố tải trọng lên dây
và các k h o a n g dá m lân cặn, neoùi ra d ầ m cứng còn làm d ư ờ n g đ à n hồi trơn tru, tránh

đưưc các điêm gav của biếu đổ đõ võng, tạo điều kiên khai \hÁc tốt cho cầu.
v ề mạt cấu tao. dam chu cần được thiết kố để có hẹ sè) có hiệu của tiết diện Ễ, lớn
nhất (c = I/Avv’). Ngoài ra cẩn đơn giản trong cấu tao và thi công, tránh tối đa các khớp
và khe nổi trên cẩu.
Dám cứng chú yếu chịu nén nẻn d u n s bê tỏng cốt thép thích hợp, đặc biệt trong cô ng

nghệ thi cỏne hẵng thì cầu dày văng có thế được coi là câu dầm lỉèn tục, thi cồng hẩng, cốt
thép ngoài. Cốt thóp rmoài trong cáu dàv vãng có cánh tay đòn từ trọng tâm dầm cứng đến
các dây lớn hơn nhiều so với cầu dầm liên tục, dầm cúng và đâv có tiết diện và khối lượng
nhỏ hơn, do đó cẩu dày v ã n s vượt nhịp dài hơn, có các chi ĩiôu vật liệu thấp hơn.

Nuoài ra dưứi tác dụng của tĩnh tài, lực nén tnrớe trong d ầ m cứng do các dây văng
truvền vào luôn ổ!ì định không bị mất mát tức thời và lâu dài, nên cầu dây văng có thể coi
là cáu bê tỏnẹ tự dự ứĩi£ lực troniĩ dó lực nén trước trono dám co thế triột tiêu hoặc giảm
ÍUV2 suất kéo do inỏm en uòn gàv ra. Ý urớrm dùng t v tỏníi cot thép trong cầu d â y vă im

dược (hực hiọn nuay từ thời kỳ đau plìát triển. Khi đo tiết diộn dầm chủ bê tông cốt thép
dược cáu tạo dirơi daim các đán 1 chu l lìgƯỌL, cliữ iỈỈÙ51 Iìỏhl tU'l íiiộn hộp (hình 12.26).

H ìn h

1 2 .2 6 .

( 'á c

ỈICÍ d i ệ n

íi)

T iế t

d ú m

c h ú

dièiỉ

c h ữ

bằfỉi> b c
n h ậ t

(c â u

ỉõ ii^

í

;>í ỉ h c p

D a ìììí’ / V

ỉ n Ỉ /

11> c

á n

ch ìV

vữiiiị

n ỉ )

185