BÀI GIẢNG CẦU EXTRADOSE

CẦU EXTRADOSE

Nguyễn Thị Tuyết Trinh
Bộ môn Công trình GTTP và Công Trình thủy
Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


KHÁI QUÁT CHUNG
Năm 1988, J. Mathivat đưa ra khái niệm cầu Extradosed và kiến trúc sư
Charles Lavigne đã ứng dụng để thiết kế cầu Arrêt Darré ở vùng Tây Nam
nước Pháp. Cầu Extradosed là một dạng đặc biệt của cầu bê tông cốt thép
DƯL ngoài, trong đó cáp được đưa lên khỏi mặt cầu và liên kết với cột tháp
có chiều cao thấp đặt ở đỉnh trụ. Một phần tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên kết
cấu nhịp sẽ thông qua các cáp văng truyền vào cột tháp và theo trụ cầu
truyền tải trọng xuống nền móng
Cấu tạo gồm ba phần chính: hệ dầm cứng, hệ dây treo, tháp neo dây.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


KHÁI QUÁT CHUNG
Đối với cầu BTCT dự ứng lực ngoài thông thường, độ lệch tâm
của cáp bị hạn chế trong phạm vi chiều cao tiết diện của dầm.
Để tăng độ lệch tâm của cáp, chúng được bố trí ra ngoài phạm
vi chiều cao tiết diện.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

CẦU EXTRADOSEDEXTRADOSED- NGUYÊN LÝ CẤU TẠO
DẦM ĐƠN GIẢN
Biểu đồ mô men

DẦM LIÊN TỤC
Biểu đồ mô men

Cáp căng ngoài

Cáp căng ngoài

Cáp căng ngoài

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Cáp căng ngoài


h

h

h

H

H

KHÁI QUÁT CHUNG

L

L

L

SO SÁNH VỚI CẦU DẦM
1- Cầu Extradosed là cầu dầm bêtông cốt thép dự ứng lực ngoài,trong đó các bó
cáp CĐC được đưa lên trên mặt tiết diện tạo ra độ lệch tâm lớn.
Như vậy:
- hiệu quả hơn cho việc tạo dự ứng lực
- cáp văng có thể tiếp nhận một phần tải trọng ngay từ giai đoạn thi công
VƯỢT NHỊP LỚN HƠN CẦU DẦM
2- Chiều cao dầm nhỏ hơn so với cầu liên tục. Giảm tĩnh tải và chiều cao kiến
trúc, thích hợp cho các cầu vượt trong đô thị.
Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


h

h

L

h

H

H

KHÁI QUÁT CHUNG

L

L

SO SÁNH VỚI CẦU DÂY VĂNG
1- Chiều cao tháp nhỏ hơn. Có lợi khi thiết kế cầu vượt trong đô thị và tạo điều
kiện thuận lợi cho việc lắp đặt cáp văng, cho công tác duy tu bảo dưỡng.
2- Do dầm có độ cứng lớn nên biến dạng nhỏ, việc kiểm soát độ võng trong quá
trình thi công đơn giản hơn
3- Biên độ ứng suất trong cáp văng của cầu Extradosed gần giống như kết cấu
cầu BTUST và nhỏ hơn nhiều so với CDV nên ảnh hưởng do mỏi giảm nhiều
vì vậy ứng suất kéo cho phép đối với cáp văng có thể lấy như cáp trong cầu
BTCTDUL thông thường (0,6 giá trị cường độ), lớn hơn so với CDV (0,4-0,45).
Như vậy số lượng cáp văng có thể giảm xuống và kết cấu neo cũng đơn giản
hơn, giá thành xây dựng giảm.
4- Vì cáp ngắn, độ võng bản thân nhỏ nên ảnh hưởng của dao động nhỏ.
Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


KHÁI QUÁT CHUNG
So sánh các thông số cơ bản của 3 loại cầu

Hạng mục so sánh

Cầu dầm

Cầu Extradosed

Cầu dây văng

Chiều dài nhịp L(m)

L < 120

120 < L < 200

L > 200

Chiều cao dầm
h=(1/35-

Tại giữa nhịp

1/40)L
h=(1/16-

Tại trụ

1/18)L

Chiều cao tháp h(m)

-

h=(1/50-1/55)L

h=(1/30-1/35)L
H=(1/12-1/13)l

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

h=(1/1001/130)L

H=(1/4-1/5)L


C UT O
Hệ dầm cứng có kết cấu giống như trong cầu dầm cứng nhịp liên tục được
cấu tạo từ kết cấu BTCT, kết cấu thép hay kết cấu bêtông thép liên hợp.
Chiều cao của dầm có thể được giảm xuống so với chiều cao của dầm trong
cầu dầm cứng có cùng khẩu độ.
Khi chịu tải trọng khai thác, các cáp văng có tác dụng như những gối đàn hồi
phụ làm giảm trị số mômen uốn trong hệ. Nhờ cáp văng được đưa ra xa trục
trung hoà nên hiệu quả gây dự ứng lực cũng cao hơn. Vì vậy, so với cầu
dầm liên tục thì chiều cao dầm cầu Extradosed có thể giảm đi đáng kể.
Chiều cao của dầm chủ có thể lấy bằng (1/30~1/35)L đối với tiết diện trên trụ
và (1/60~1/65)L đối với tiết diện ở giữa nhịp, trong đó L là chiều dài nhịp lớp
nhất.
Chiều dài nhịp biên bằng (0.6~0.7)L, được xác
định trên cơ sở phân phối hài hoà mômen giữa
nhịp biên và giữa nhịp giữa.
.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


C UT O
Hệ dầm cứng

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


C UT O
Hệ dầm cứng

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Hệ dây văng giống hệ dây treo của cầu dây văng, bao gồm các dây treo và
hệ neo cáp. Các dây treo được coi như là các bó cáp cường độ cao có độ
lệch tâm lớn sử dụng trong cầu dầm cứng được tạo ứng suất trước bằng
công nghệ dự ứng lực ngoài. Các dây treo này được liên kết cứng với cột
tháp hoặc được luồn qua kết cấu yên ngựa đặt trên đỉnh cột tháp và được
liên kết với dầm chủ bằng hệ neo cáp tạo thành các gối đàn hồi. Hệ neo cáp
có thể sử dụng hệ neo cho các bó cáp CĐC thông thường.
Vị trí dây treo phụ thuộc vào tỷ số a/L = 0.2; 0.24 và 0.14.
Ở đây a là khoảng cách từ tim trụ đến điểm neo dây đầu tiên, L là chiều dài

nhịp chính.
73,10m

122,0m

S1-S8

c*

b

73,1m

S9-S16

a

a

b

c

c

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

b

a

a

b

c*


CẤU TẠO
Mômen dương của dầm giảm xuống và
mômen âm tăng lên khi khoảng cách neo
cáp văng càng xa trụ.
Tuy nhiên mức độ giảm mômen dương của
nhịp giữa sẽ lớn hơn ở nhịp biên.
Mặt khác khi điểm neo cáp văng đầu tiên
tăng lên từ a/L=0.14 đến a/L=0.24, thì giá trị
mômen âm trên trụ tăng lên đột ngột,
khoảng 48% so với giá trị ban đầu. Khi giá
trị mômen âm càng tăng thì giá thành thi
công lắp hẫng cũng tăng.

M (Tm)

4000
NhÞp gi÷a
NhÞp biªn
2000
0.14

0.20

0.24

a/L

-4000

-6000

Do đó, các cáp văng sẽ được bố trí sao cho -8000
có thể giảm mômen âm ở trụ giữa, và giá
thành thi công lắp hẫng sẽ giảm xuống khi
Trªn trô
giá trị mômen âm càng giảm. Do đó vị trí -10000
neo cáp văng có thể được lựa chọn bằng
Quan hệ giữa M dầm và vị trí neo cáp
Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
a/L=0.14.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Kiểu liên kết điển hình tại đỉnh tháp:
- Cáp giao nhau trong bê tông . Kiểu bố trí này cũng được dùng trong cầu
dây văng vì lắp đặt đơn giản và trong trường hợp cần thiết có thể thay
thế, có thể sử dụng hệ neo dùng cho cáp ứng suất trước nằm ngoài bê
tông. Tuy nhiên kết cấu neo giao cắt cũng có nhược điểm là phải bố trí
tháp cao hơn, tiết diện tháp phải rộng hơn so với kiểu neo “yên ngựa” để
đủ khoảng không gian bố trí neo.

-Cáp xuyên qua đỉnh tháp. Đây là kiểu liên kết thường dùng trong kết
cấu cầu Extradosed, Nếu dự tính thay thế cáp trong tương lai thì tại vị trí
yên ngựa cũng phải cấu tạo ống gen đúp.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Sơ đồ cáp văng
Cầu Extradosed là một hệ kết cấu liên hợp giữa dầm cứng và cáp văng. Do
đó, sơ đồ và sự phân bố cáp văng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu
lực và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của cầu.
Vì cột tháp của cầu Extradosed có chiều cao thấp nên thông thường phương
án sơ đồ hình rẻ quạt được lựa chọn. Với sơ đồ hình rẻ quạt, các dây được
phân bố trên tháp cầu với khoảng cách nhỏ nhất để có thể cấu tạo, lắp đặt
dây trong quá trình thi công và duy tu bảo dưỡng sau này.
Khả năng chịu lực của cầu Extradosed còn phụ thuộc vào khoảng cách neo
dây trên dầm cứng. Khi số lượng cáp văng tăng thì chiều dài khoang sẽ giảm
và kết quả là trị số mômen uốn cục bộ trong phạm vi khoang cũng giảm và
ngược lại
Cầu Extradosed mới được phát triển trong những năm gần đây, nên xu
hướng sử dụng nhiều dây, khoang dầm nhỏ thường được áp dụng. Nó cũng
phù hợp với công nghệ thi công bằng phương pháp đúc hẫng hay lắp hẫng
với chiều dài mỗi đốt Prepaired
thay đổi
từ 3-6m.
by Nguyễn
Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

CẤU TẠO
Trị số lực căng trong cáp văng được xác định chủ yếu theo điều kiện sử
dụng (khống chế ứng suất),
Tức là trong quá trình thi công các đốt dầm hẫng được đảm bảo bằng cáp
dự ứng lực trong, cáp văng sẽ được căng sau để cải thiện mômen âm trên
trụ và cùng tham gia chịu lực ở giai đoạn tiếp theo.
Với trường hợp nhịp lớn, khi thi công hẫng đến một độ dài nhất định có thể
lắp đặt và căng cáp trước khi tiếp tục thi công hẫng các đốt tiếp theo. Trị
số lực căng tổng cộng trong cáp sẽ được khống chế theo trị số cho phép.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Tháp neo dây được cấu tạo bằng BTCT,
BTCT liên hợp và có chiều cao thấp hơn so
với chiều cao của trụ tháp trong cầu dây
văng.

M (Tm)
8000

6000

4000

Vì chiều cao tháp neo dây thấp nên tháp

neo dây không nhất thiết liên kết cứng với
trụ cầu. Tháp neo dây có thể liên kết cứng
với trụ cầu tạo thành khung cứng hoặc liên
kết cứng với dầm cứng và đặt lên trên trụ.

2000

0

5

10

15 17.5

H(m)

-5000

Chiều cao tháp liên quan đến nội lực trong -10000
hệ dầm cứng và cáp văng.
-15000
Mômen uốn dưới tác dụng của tải trọng
-20000
khai thác (ΣD+L) sẽ giảm xuống khi tăng
chiều cao cột tháp. Tuy nhiêu chiều cao cột -25000
tháp vượt quá 15m bằng 1/8 chiều dài nhịp
giữa, thì tốc độ giảm mômen chậm và có
thể coi như là không đổi. H=(1/12- 1/8)L Quan hệ giữa M dầm và chiều cao tháp
M«men ë nhÞp gi÷a

M«men ë nhÞp biªn
M«men ë trªn trô

Do tÜnh t¶i

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Do ho¹t t¶i

Do tÜnh t¶i + ho¹ t t¶i


CẤU TẠO
Thay đổi độ cứng của tháp cầu tương ứng
với 0,25 và 0,50 lần độ cứng chuẩn đã
chọn
Kết quả khảo sát cho thấy độ cứng của
tháp cầu hầu như không ảnh hưởng đến
mômen, độ võng trong dầm chủ. Cũng như
vậy biến động lực căng trong cáp văng
cũng rất nhỏ.

M (Tm)
8000

NhÞp gi÷a
NhÞp biªn

4000
0.25

0.50

1.00 EIth¸p

-4000
-8000
-10000
Trªn trô
-12000
100

0.25

0.50

1.00

a/L

NhÞp gi÷a

200

Y (mm)

Quan hệ giữa độ cứng tháp với M uốn
và độ võng của dầm chủ

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Các sơ đồ cầu
Cầu Extradosed hai nhịp : Dành cho các cầu vượt qua đường, vượt qua
sông hay thung lũng không lớn lắm.
Thông thường cột tháp được đặt ở giữa nhịp, các cáp văng được bố trí đối
xứng qua cột tháp tạo ra sự cân đối cho toàn cầu.
Tùy theo vị trí cột tháp, sơ đồ bố trí cáp văng trên nhịp nhỏ có thể bố trí giống
hoặc khác so với sơ đồ bố trí cáp văng trên nhịp lớn về số lượng dây cũng
như khoảng cách giữa các cáp văng.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Các sơ đồ cầu
Cầu Extradosed ba nhịp : Phần lớn cầu Extradosed được thiết kế theo kiểu
hệ ba nhịp
Chiều dài nhịp biên thường thay đổi rất lớn và phụ thuộc vào chiều dài nhịp
giữa, thông thường được lấy bằng (0.3 - 0.7)L, và thường là (0.6 - 0.7)L

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO

Các sơ đồ cầu
Cầu Extradosed nhiều nhịp : là loại cầu có khẩu độ lớn và vừa. Khẩu độ
trung bình từ 90-200m. Theo giáo sư Micheal Virgoluex thì khẩu độ hợp lý
nhất đối với cầu Extradosed là 180m. Tuy nhiên, nếu kết cấu dầm chủ của
nhịp chính kết hợp giữa dầm BTCT dự ứng lực và dầm thép thì khẩu độ nhịp
có thể lên đến 300m.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Số mặt phẳng dây
Cũng như CDV, trong cầu Extradosed số lượng mặt phẳng dây và chiều rộng
mặt cầu có quan hệ chặt chẽ với nhau.
Thông thường cầu Extradosed được bố trí hai mặt phẳng dây ở hai biên của
dầm cứng. Vì chiều cao cột tháp thấp, nên cách bố trí kiểu này nhìn từ xa các
cáp văng như bị đan chéo nhau khoang nhỏ trông không đẹp nhưng về sự
làm việc của kết cấu là hợp lý.

Kisogawa and Ibigawa Bridge
Matakina bridge
Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Các dạng cột tháp

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Các dạng cột tháp
Vì chiều cao cột tháp tương đối thấp, nên cấu tạo và hình dáng cột tháp cũng
đơn giản. Thông thường cột tháp có dạng thẳng đứng độc lập và được liên
kết với trụ cầu.
Tùy theo sự liên kết cột tháp với trụ cầu có thể phân biệt ra hai loại: cột tháp
cứng và cột tháp mềm.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


CẤU TẠO
Các dạng cột tháp
Cột tháp cứng là cột tháp được ngàm chặt vào trụ cầu tạo thành một khối.
Để hạn chế chuyển vị đỉnh tháp do toàn bộ lực ngang của các cáp văng
truyền vào, thông thường cột tháp có kích thước và độ cứng theo phương
dọc cầu lớn. Theo phương ngang, tùy theo bề rộng mặt cầu mà bố trí một,
hai, hoặc ba mặt phẳng dây. Các cột tháp thường là dạng cột đứng độc lập
liên kết cứng với trụ cầu. Vì cột tháp có chiều cao thấp nên không nhất thiết
phải có liên kết ngang, tuy nhiên tùy theo khẩu độ cầu và mục đích để tăng
cường độ ổn định ngang, các cột tháp được bố trí thêm dầm ngang tạo thành
khung cứng.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

CẤU TẠO
Các dạng cột tháp
Cột tháp mềm là cột tháp đặt trên hệ dầm chủ được kê trên gối ở đỉnh trụ
cầu. Đối với loại cột tháp này, khi có hoạt tải tác dụng thì cột tháp chịu biến
dạng xoay cùng với tiết diện dầm chủ trên gối, do vậy chuyển vị đỉnh tháp sẽ
lớn gây ra ứng suất trong cáp văng cũng lớn. Phạm vi biến thiên ứng suất
trong cáp văng cũng gần giống như sự biến thiên ứng suất trong dây văng.
Do vậy tiêu chuẩn tính toán thiết kế cáp văng cũng gần với CDV hơn là cầu
dầm cứng.

Prepaired by Nguyễn Thị Tuyết Trinh
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com