nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao trụ tháp chữ a đến dao động riêng của cầu treo dây văng 2 nhịp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.32 MB, 109 trang )
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................I
DANH MỤC BẢNG BIỂU...................................................................................III
DANH MỤC HÌNH ẢNH.....................................................................................IV
PHẦN MỞ ĐẦU......................................................................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP..............9
1.1 Lịch sử phát triển cầu treo dây văng hai nhịp..........................................................................9
1.2 SƠ ĐỒ HÌNH THÁI, KẾT CẤU CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP:. .11
1.2.1
Sơ đồ hình thái cầu dây văng...............................................................11
1.2.2
Sơ đồ phân bố dây văng, số mặt phẳng dây, bản mặt cầu, trụ tháp:
12
1.3 KẾT CẤU HÌNH DẠNG THÁP CHỮ A:....................................................20
1.4 ƯU KHUYẾT ĐIỂM CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP:....................21
1.4.1
Ưu điểm :.............................................................................................21
1.4.2
Khuyết điểm:.......................................................................................21
1.5 PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP:......21
1.5.1
Công nghệ thi công dầm chủ theo phương pháp lắp hẫng:..................21
1.5.2
Công nghệ thi công dầm chủ theo phương pháp đúc hẫng:.................22
1.5.3
Công nghệ thi công dầm chủ theo phương pháp trụ tạm......................23
1.5.4
Thi công dầm chủ theo phương pháp sử dụng dây thiên tuyến............24
1.6 Kết luận chương 1...................................................................................................................25
CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG....................................26
2.1 Khái niệm và phân loại:..........................................................................................................26
2.1.1
Khái niệm:...........................................................................................26
2.1.2
Phân loại dao động:.............................................................................26
2.2 Các phương pháp xác định dao động riêng trong cầu treo dây văng:...................................28
2.2.1
Phương pháp gần đúng:.......................................................................28
2
2.2.2
Phương pháp đúng dần........................................................................38
2.3 Các phần mềm tính toán cầu treo dây văng:..........................................................................40
2.3.1
Phần mềm RM.....................................................................................40
2.3.2
Phần mềm SAP2000:...........................................................................43
2.3.3
Phần mềm MIDAS/Civil:....................................................................44
2.4 Kết luận chương 2:..................................................................................................................46
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP CHỮ A
ĐẾN DAO ĐỘNG RIÊNG CỦA CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP...............47
3.1 CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU:..................................................................................47
3.1.1
Lựa chọn sơ đồ kết cấu, vật liệu, tiết diện và tải trọng:........................47
3.1.2
Tải trọng và tổ hợp tải trọng:...............................................................51
3.2
3.3
3.4
3.5
Các dạng dao động nghiên cứu:.............................................................................................51
Kết quả nghiên cứu:................................................................................................................51
So sánh các dạng dao động giữa các trường hợp:..................................................................98
Kết luận chương 3:................................................................................................................102
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................109
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................110
3
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thống kê đặc điểm cầu dây văng hai nhịp ở nước ta và thế giới...............4
Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của cầu.........................................................
43
Bảng 3.2 Các thông số vật liệu:.................................................................................
44
Bảng 3.3: Chỉ số hướng tham gia dao động với chiều cao tháp là 54,5m..................
47
Bảng 3.4: Bảng tổng hợp kết quả phân tích dao động riêng với trường hợp
L=150m.....................................................................................................................
65
Bảng 3.5: Bảng tổng hợp kết quả phân tích dao động riêng với trường hợp
L=190m.....................................................................................................................
80
Bảng 3.6 Chu kì dao động riêng của từng dạng (mode) dao động ứng sơ
đồ nhịp với L = 150m................................................................................................
95
Bảng 3.7: Chu kì dao động riêng của từng dạng (mode) dao động ứng sơ
đồ nhịp với L = 190m................................................................................................
95
Bảng 3.8 Hàm liên hệ giữa chu kì t và tỷ lệ h/L ứng với sơ đồ nhịp 150
m+150 m...................................................................................................................
97
Bảng 3.9 Hàm liên hệ giữa chu kì t và tỷ lệ h/L ứng với sơ đồ nhịp 190
m+190 m...................................................................................................................
98
4
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cầu Đăkrông (Quảng Trị)..........................................................................3
Hình 1.2a: Cầu Pont de la Bourse (Pháp)..................................................................4
Hình 1.2b: Cầu Candle (Phần Lan)............................................................................4
Hình 1.3: Cầu Wande (Bỉ).........................................................................................6
Hình 1.4 : Sơ đồ dây đồng quy..................................................................................6
Hình 1.5 : Sơ đồ dây song song.................................................................................7
Hình 1.6 : Sơ đồ dây rẻ quạt......................................................................................7
Hình 1.7 : Sơ đồ dây liên hợp....................................................................................8
Hình 1.8 : Sơ đồ 1 mặt phẳng dây..............................................................................8
Hình 1.9 : Sơ đồ 2 mặt phẳng dây..............................................................................9
Hình 1.10 : Sơ đồ 3 mặt phẳng dây............................................................................9
Hình 1.11 : Mặt cắt ngang dầm chủ bằng thép..........................................................
10
Hình 1.12 : Mặt cắt ngang dầm chủ đa năng bằng thép.............................................
11
Hình 1.13 : Mặt cắt ngang dầm chủ đa năng bằng bê tông cốt thép..........................
11
Hình 1.14 : Ba dạng cơ bản của tháp cầu...................................................................
12
Hình 1.15 : Trụ tháp thường sử dụng trong cầu hai mặt phẳng dây...........................
13
Hình 1.16 : Trụ tháp thường sử dụng trong cầu một mặt phẳng dây..........................
13
Hình 1.17: Trụ tháp chữ A.........................................................................................
18
Hình 1.18 : Sơ đồ thi công theo phương pháp lắp hẫng.............................................
19
Hình 1.19 : Sơ đồ thi công theo phương pháp đúc hẫng............................................
31
Hình 1.20 : Sơ đồ thi công theo phương pháp trụ tạm...............................................
35
Hình 1.21 : Sơ đồ thi công theo phương pháp sử dụng dây thiên tuyến....................
37
Hình 2.1 Mô hình phần tử theo phương pháp sai phân..............................................
38
Hình 2.2 Hình ảnh chương trình RM.........................................................................
42
Hình 2.3 Hình ảnh chương trình SAP2000................................................................
43
Hình 2.4 Hình ảnh chương trình Midas/Civil............................................................
44
Hình 3.1 Sơ đồ kết cấu các trường hợp khảo sát với chiều dài nhịp 150m................
45
Hình 3.2 Sơ đồ kết cấu các trường hợp khảo sát với chiều dài nhịp 190m................
45
Hình 3.3: Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ...........................................................
48
Hình 3.4: Hình dạng trụ tháp chữ A...........................................................................
49
Hình 3.5: Mô hình hóa cầu dây văng hai nhịp trong chương trình Midas..................
49
Hình 3.6: Dao động của cầu ở mode 1 nhìn theo phương X......................................
50
Hình 3.7: Dao động của cầu ở mode 1 nhìn theo phương Y......................................
50
Hình 3.8: Dao động của cầu ở mode 1 nhìn theo phương Z......................................
51
Hình 3.9: Dao động của cầu ở mode 2 nhìn theo phương X......................................
51
Hình 3.10: Dao động của cầu ở mode 2 nhìn theo phương Y....................................
52
Hình 3.11: Dao động của cầu ở mode 2 nhìn theo phương Z.....................................
52
Hình 3.12: Dao động của cầu ở mode 3 nhìn theo phương X....................................
53
Hình 3.13: Dao động của cầu ở mode 3 nhìn theo phương Y....................................
53
Hình 3.14: Dao động của cầu ở mode 3 nhìn theo phương Z....................................
54
Hình 3.15: Dao động của cầu ở mode 4 nhìn theo phương X....................................
54
5
Hình 3.16: Dao động của cầu ở mode 4 nhìn theo phương Y....................................
55
Hình 3.17: Dao động của cầu ở mode 4 nhìn theo phương Z....................................
55
Hình 3.18: Dao động của cầu ở mode 5 nhìn theo phương X....................................
56
Hình 3.19: Dao động của cầu ở mode 5 nhìn theo phương Y....................................
56
Hình 3.20: Dao động của cầu ở mode 5 nhìn theo phương Z....................................
57
Hình 3.21: Dao động của cầu ở mode 6 nhìn theo phương X....................................
58
Hình 3.22: Dao động của cầu ở mode 6 nhìn theo phương Y....................................
58
Hình 3.23 Dao động của cầu ở mode 6 nhìn theo phương Z.....................................
59
Hình 3.24: Dao động của cầu ở mode 7 nhìn theo phương X....................................
60
Hình 3.25: Dao động của cầu ở mode 7 nhìn theo phương Y....................................
60
Hình 3.26: Dao động của cầu ở mode 7 nhìn theo phương Z....................................
61
Hình 3.27: Dao động của cầu ở mode 8 nhìn theo phương X....................................
62
Hình 3.28: Dao động của cầu ở mode 8 nhìn theo phương Y....................................
62
Hình 3.29: Dao động của cầu ở mode 8 nhìn theo phương Z....................................
63
Hình 3.30: Dao động của cầu ở mode 9 nhìn theo phương X....................................
63
Hình 3.31: Dao động của cầu ở mode 9 nhìn theo phương Y....................................
64
Hình 3.32: Dao động của cầu ở mode 9 nhìn theo phương Z....................................
64
Hình 3.33: Dao động của cầu ở mode 10 nhìn theo phương X..................................
63
Hình 3.34: Dao động của cầu ở mode 10 nhìn theo phương Y..................................
64
Hình 3.35: Dao động của cầu ở mode 10 nhìn theo phương Z..................................
64
Hình 3.36: Đồ thị quan hệ giữa chu kì và chiều cao trụ tháp của từng dạng
(mode) dao động trong CDV nhịp L=150m...............................................................
96
Hình 3.37: Đồ thị quan hệ giữa chu kì và chiều cao trụ tháp của từng dạng
(mode) dao động trong CDV nhịp L=190m...............................................................
97
6
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tổng quan và luận giải sự cần thiết phải nghiên cứu của đề tài
Cầu treo dây văng là dạng cầu đẹp, được sử dụng nhiều cho các cầu lớn. Cầu
treo dây văng rất đa dạng về kết cấu: Sơ đồ nhịp, hình dáng trụ tháp, vật liệu sử
dụng…Trong đó cầu treo dây văng 2 nhịp thường được thiết kế tùy theo đặc điểm
địa hình, địa chất, đặc biệt đáp ứng yêu cầu mỹ thuật. Một số cầu treo dây văng 2
nhịp trên thế giới như: Cầu cho người đi bộ Schillerstrasse, Đức, xây 1961, rộng
5,5m, sơ đồ nhịp 24m + 68,8m; Cầu đi bộ Pont de la Bourse, LeHavre, Pháp, xây
năm 1969 rộng 5,5m, sơ đồ nhịp 31,6m + 73,4m; Cầu vượt đi bộ vượt Bundesalle,
Đức, xây năm 1971, sơ đồ nhịp 44m + 20m; Cầu vượt đi bộ Villingen, Đức, xây
dựng năm 1974, sơ đồ nhịp 31m+66,5m….
Cầu treo dây văng mặc dù có nhiều ưu điểm, tuy nhiên ứng xử động của cầu rất
nhạy cảm với tải trọng gió. Việt Nam là quốc gia nằm trong vùng thường xuyên bị
ảnh hưởng bởi gió bão. Theo [10] trung bình 1 năm có hơn 11 cơn bão xuất hiện
trên Biển Đông và trung bình 5,2 cơn/năm tại bờ biển. Trước đây có một số nghiên
cứu về cầu treo dây văng nhưng chủ yếu nghiên cứu về ứng xử tĩnh và động cho cầu
treo dây văng 3 nhịp, ứng xử tĩnh cho cầu treo dây văng 2 nhịp. Nếu không hiểu rõ
ứng xử động của cầu treo dây văng, không biết chu kỳ, tần số và hình dạng dao
động riêng của cầu thì thiết kế cầu treo dây văng với thông số không thích hợp sẽ có
thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng dẫn tới sự cố công trình.
Khi nghiên cứu ứng xử động cầu treo dây văng cần quan tâm đến tần số dao
động riêng, chu kỳ dao động riêng, hình dáng dao động riêng … để có thiết kế thích
hợp nhằm tránh xảy ra hiện tượng cộng hưởng dẫn đến sự cố công trình.
Các thông số động của công trình sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi sơ đồ bố trí
nhịp, sơ đồ bố trí dây, hình dạng và chiều cao trụ tháp…Chính vì vậy tác giả lựa
chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao trụ tháp chữ A đến dao động riêng
của cầu treo dây văng 2 nhịp” nhằm tìm ra tỷ lệ hợp lý trong Cầu dây văng (CDV)
hai nhịp để cho công trình có các dao động với tần số dao động riêng có thể chấp
nhận được không gây nguy hiểm trong suốt thời gian tuổi thọ của công trình.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Tìm hiểu về cầu treo dây văng 2 nhịp;
Tìm hiểu ứng xử động của cầu treo dây văng;
7
Phân tích dao động riêng của cầu treo dây văng hai nhịp khi thay đổi chiều cao
trụ tháp chữ A.
3. Đối tượng nghiên cứu:
Cầu treo dây văng 2 nhịp đối xứng, 1 mặt phẳng dây, sơ đồ bố trí dây rẻ quạt,
trụ tháp dạng chữ A.
4. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp thu thập thông tin, phương pháp điều tra, phương pháp tổng hợp,
phương pháp phân tích và so sánh, phương pháp mô phỏng, phương pháp chuyên
gia, Phương pháp so sánh, Phương pháp bảng biểu và biểu đồ…
8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP
1.1 Lịch sử phát triển cầu treo dây văng hai nhịp
Cầu dây văng (CDV) là một trong những dạng công trình có tính mỹ thuật
cao. Cầu dây văng đã và đang được phát triển rộng rãi ở nước ta. Cầu dây văng có
khả năng vượt nhịp lớn, kiến trúc hiện đại. Trên thực tế, tùy vào điều kiện địa chất,
địa hình hoặc do yếu tố mỹ quan thì việc sử dụng cầu dây văng hai nhịp là hợp lý.
Trên thế giới, Cầu dây văng hai nhịp được áp dụng rộng rãi vào những năm
1960 – 1970 của thế kỷ trước. Phương án cầu dây văng hai nhịp được chọn chủ yếu
phụ thuộc điều kiện địa chất, địa hình và yêu cầu về kiến trúc, cảnh quan.
Cầu Đăkrông (Quảng Trị) với phương án cầu dây văng hai nhịp được hoàn
thành vào năm 1999 có chiều dài nhịp 87m + 42m là một ví dụ (Hình 1.1)
Hình 1.1: Cầu Đăkrông (Quảng Trị)
Cầu dây văng hai nhịp không chỉ là công trình giao thông đơn thuần mà nó
còn thể hiện giá trị kiến trúc độc đáo cho từng khu vực. Ví dụ như Cầu đi bộ Pont
9
de la Bourse ở Pháp (1969) được xây dựng với sơ đồ nhịp 31,6m + 73,4m và rộng
5,5 m là điểm nhấn kiến trúc của tòa bộ khu vực.
Hình 1.2a: Cầu Pont de la Bourse (Pháp)
Hình 1.2b: Cầu Candle (Phần Lan)
Ở nước ta điển hình là Cầu quay Sông Hàn (2000) và Nguyễn Văn Trỗi –
Trần Thị Lý (2013) được xem là một trong những biểu tượng đặt trưng của thành
phố Đà Nẵng.
Cầu dây văng hai nhịp được xây dựng khá phổ biến ở các nước trên thế giới.
Một số cầu tiêu biểu được thống kế trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 Thống kê đặc điểm cầu dây văng hai nhịp ở nước ta và thế giới.
Vật liệu
dầm
Năm
hoàn
thành
STT
Tên cầu
Quốc gia
Chiều dài cầu
(m)
1
Schillerstrasse
Germany
92,60
Thép
1961
2
Pont de la
Bourse
France
105,00
Bê tông
1969
4
Van Eyck
Pháp
83,5
Bê tông
1980
5
Pertuiset
Pháp
174
Bê tông
1988
6
Candle
Phần Lan
210
Bê tông
1989
7
Orange
Pháp
58
Thép
1996
10
Vật liệu
dầm
Năm
hoàn
thành
STT
Tên cầu
Quốc gia
Chiều dài cầu
(m)
8
Victor Bodson
Luxembour
g
260
Thép
1993
9
Archena
TBN
101
Bê tông
1998
10
Dakrông
Viêt Nam
129
Thép
1999
11
Malpensa
Italy
140
Thép
2000
12
Sông Hàn
Viêt Nam
122,7
Bê tông
2000
13
Rào II
Viêt Nam
190
Liên hợp
2012
14
Nguyễn Văn Trỗi
– Trần Thị Lý
Việt Nam
230
Bê tông
2013
1.2 Sơ đồ hình thái, kết cấu cầu treo dây văng hai nhịp:
1.2.1 Sơ đồ hình thái cầu dây văng
Cầu dây văng hai nhịp được xây dựng khá phổ biến ở các nước trên thế giới.
Bảng 1.1 giới thiệu một số cầu dây văng hai nhịp được xây dựng ở các nước trên
thế giới và Việt Nam. Cầu dây văng rất da dạng về kiến trúc cũng như kết cấu ta có
thể tạm chia các dạng sơ đồ Cầu dây văng hai nhịp như:
1.2.1.1 Sơ đồ hai nhịp đối xứng:
Với sơ đồ này các dây văng được bố trí đối xứng qua tháp cầu, chiều dài hai
nhịp bằng nhau. Sơ đồ này thường áp dụng tại các nút giao thông khác mức, các cầu
vượt đường với khẩu độ vừa phải và yêu cầu có tính mỹ quan cao.
1.2.1.2 Sơ đồ hai nhịp không đối xứng:
Cầu dây văng hai nhịp không đối xứng thì nhịp lớn sẽ có số khoang lớn hơn
hoặc bằng với số khoang nhịp nhỏ tuỳ theo cách bố trí dây và vị trí tháp cầu.Tháp
cầu dây văng hai nhịp không đối xứng có thể là tháp thẳng đứng hoặc tháp xiên như
cầu Wande (Bỉ).
11
Hình 1.3: Cầu Wande (Bỉ)
1.2.2 Sơ đồ phân bố dây văng, số mặt phẳng dây, bản mặt cầu, trụ tháp:
1.2.2.1 Sơ đồ phân bố dây văng:
Sơ đồ dây đồng quy: Các dây văng quy tụ tại 1 nút cố định trên tháp cầu, từ
đó dây toả xuống neo vào dầm cứng tại 1 số điểm, tạo thành các gối đàn hồi của
dầm liên tục (hình 1.4).
Hình 1.4 : Sơ đồ dây đồng quy.
12
Sơ đồ dây song song: Các dây văng mỗi bên tháp được bố trí song song với
nhau, phân bố cách đều trên tháp cầu và neo vào các điểm trên dầm chính (hình 1.5)
Hình 1.5 : Sơ đồ dây song song.
Sơ đồ dây rẻ quạt: Là sơ đồ dây trung gian giữa hai sơ đồ đồng quy và song
song, trong đó từng cặp dây thường được phân bố trên tháp cầu với khoảng cách
nhỏ nhất để cấu tạo, lắp đặp và điều chỉnh chiều dài dây (hình 1.6).
Hình 1.6 : Sơ đồ dây rẻ quạt.
Ngoài 3 sơ đồ phân bố dây cơ bản đã nêu, tuỳ theo đặc điểm cấu tạo của từng
cầu, còn có thể áp dụng các sơ đồ dây liên hợp.
13
+ Sơ đồ song song - Đồng quy
+ Sơ đồ đồng quy - Rẻ quạt
+ Sơ đồ hình sao
Hình 1.7 : Sơ đồ dây liên hợp.
1.2.2.2 Sơ đồ mặt phẳng dây
Trong cầu dây văng hai nhịp có các sơ đồ mặt phẳng dây như sau:
Sơ đồ 1 mặt phẳng dây:
Hình 1.8 :Sơ đồ 1 mặt phẳng dây.
14
Sơ đồ 2 mặt phẳng dây:
Hình 1.9 :Sơ đồ 2 mặt phẳng dây.
Sơ đồ 3 mặt phẳng dây:
Hình 1.10 : Sơ đồ 3 mặt phẳng dây.
1.2.2.3 Cấu tạo dầm chủ và bản mặt cầu:
15
1.2.2.3.1 Dầm chủ đơn năng:
Dầm chủ đơn năng bao gồm các khối dầm chủ có tiết diện bất kỳ, chịu lực
như biên chịu nén của dàn. Thường được thiết kế dùng trong cầu dây văng nhiều
mặt phẳng dây.
a) Dầm chủ bằng thép:
Tiết diện ngang của dầm chủ có thể có dạng I đơn, được liên kết bằng các
dầm ngang, trên dầm ngang là hệ dầm dọc và trên dầm dọc là bản mặt cầu bằng bản
thép hoặc bằng BTCT.
Hình 1.11 : Mặt cắt ngang dầm chủ bằng thép.
b) Dầm chủ dạng dàn thép:
Khi cần tăng cường độ cứng của dầm chủ, có thể áp dụng kết cấu dàn. Dàn
chủ trong CDV thường được áp dụng cho các cầu nhịp lớn, cầu có nhiều tầng xe
chạy, chịu tải trọng lớn, đặc biệt với tải trọng trên đường sắt, nhằm tăng cường độ
cứng theo phương thẳng đứng, phương ngang và tăng khả năng chống xoắn khi chịu
tải trọng động và lực gió. Để tăng cường độ cứng và giảm khối lượng vật liệu thì
dàn chủ tỏ ra có ưu điểm đặc biệt, tuy nhiên lại gây tốn kém trong công tác chế tạo,
lắp ráp và làm tăng chiều cao kiến trúc của cầu.
c) Dầm chủ bằng bê tông cốt thép:
Về mặt cấu tạo, dầm chủ cần được thiết kế để tạo thuận tiện và thi công đơn
giản nhất, tránh tối đa cấu tạo các khớp, các khe nối trên cầu.
1.2.2.3.2 Dầm chủ đa năng:
16
Tiết diện ngang có dạng một khối, một bản đặc, một hộp rỗng bằng bê tông
cốt thép hoặc bằng thép được gia cường bằng các sườn dọc và sườn ngang. Dầm
chủ có khả năng chịu uốn và chịu xoắn rất lớn và thường được dùng cho cầu có 1
mặt phẳng dây.
a) Dầm chủ đa năng bằng thép:
Trong CDV, dầm chủ đa năng bằng thép đầu tiên được áp dụng trong hệ cầu
một mặt phẳng dây. Với các cầu một mặt phẳng dây thì khả năng chống xoắn của
cầu chịu tải trọng lệch tâm hoàn toàn do dầm chủ mặt cầu đảm nhiệm. Để có độ
cứng chống xoắn lớn, tiết diện phải có dạng hộp kín cấu tạo bằng các tấm thép có
sườn và có chiều cao tương đối lớn. Mặt cầu có thể làm bằng bản thép trực hướng.
Hình 1.12 : Mặt cắt ngang dầm chủ đa năng bằng thép.
b) Dầm chủ đa năng bằng thép:
Các tiết diện dầm chủ đa năng bằng BTCT trong CDV thường có dạng một
hộp rộng suốt chiều ngang cầu. Để tránh phải thực hiện các mối nối trong thi công,
đảm bảo tính toàn khối, tính đồng nhất, dầm chủ đa năng bằng BTCT thường được
thực hiện theo phương pháp đúc hẫng tại hiện trường.
Hình 1.13 : Mặt cắt ngang dầm chủ đa năng bằng bê tông cốt thép.
1.2.2.4 Hình dạng trụ tháp:
17
Trụ tháp cầu là một trong những kết cấu chính trong cầu treo dây văng hai
nhịp. Hình dạng thiết kế của tháp cầu ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định khí động học
của kết cấu cầu dây văng cũng như tính thẩm mỹ của toàn bộ công trình. Tùy vào
hình dạng kích thước và liên kết của tháp với trụ hoặc móng cầu theo chiều dọc có
thể phân thành hai dạng tháp cầu: Tháp mềm và tháp cứng.
Trong thực tế có 3 dạng hình dáng được sử dụng phổ biến là: Dạng chữ A,
dạng chữ H và dạng chữ Y ngược (hình 1.14 ). Số mặt phẳng dây văng cũng ảnh
hưởng đến hình dạng trụ tháp, hình 1.16 thường được sử dụng cho kết cấu cầu treo
dây văng hai mặt phẳng dây và trên hình 1.17 thường được sử dụng cho kết cấu cầu
treo dây văng một mặt phẳng dây.
Hình 1.14 :Ba dạng cơ bản của tháp cầu.
18
Hình 1.15 : Trụ tháp thường sử dụng trong cầu hai mặt phẳng dây.
Hình 1.16 : Trụ tháp thường sử dụng trong cầu một mặt phẳng dây.
19
1.3 Kết cấu hình dạng tháp chữ A:
Trụ tháp là bộ phận quan trọng có tính quyết định các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật và độ an toàn của công trình. Tháp cầu chịu toàn bộ tĩnh tải và hoạt tải tác
dụng lên kết cấu nhịp. Hình dạng trụ tháp phụ thuộc vào một số yếu tố chính như:
Khẩu độ nhịp và chiều rộng mặt cắt ngang cầu; Số mặt phẳng dây (một hay hai mặt
phẳng dây), cách neo dây; Khả năng chịu lực và độ ổn định động của hệ dầm, dây
văng và trụ tháp.
Như đã nêu ở mục 1.2.2.4 cầu dây văng 2 mặt phẳng dây thường có các dạng
trụ tháp như sau: Dạng tháp chữ H, dạng tháp kiểu chữ Y ngược, dạng tháp chữ A.
Trong nội dung luận văn này tác giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của
chiều cao trụ tháp chữ A. Dạng trụ tháp chữ A này gồm hai cột xiên, được chập vào
nhau trên đỉnh tháp.
Ưu điểm của dạng tháp này làm tăng độ cứng chống xoắn và độ ổn định của
cầu. Do dây văng xiên nên tạo được lực nén trước cho toàn bộ hệ mặt cầu.
Tuy nhiên nhược điểm của loại này là thi công khá phức tạp. Do cột xiên nên
chiều rộng móng lớn, trường hợp dây và cột xiên quá sẽ phạm vào khổ xe chạy (nếu
không phải tăng chiều rộng phần neo dây văng). Để giảm bớt chiều rộng móng, có
thể chỉ bố trí cột xiên từ mặt cầu lên đỉnh tháp còn phần phía dưới bố trí thẳng đứng
hoặc thu hẹp lại (hình 1.17).
Hình 1.17: Trụ tháp chữ A.
20
1.4 Ưu khuyết điểm cầu treo dây văng hai nhịp:
1.4.1 Ưu điểm :
Cầu dây văng là một dạng cầu đẹp có khả năng vượt nhịp lớn.
Ưu điểm cơ bản của cầu dây văng so với cầu treo dây võng là dầm cứng chịu
toàn bộ lực nén, cho nên không có lực đẩy ngang tác dụng vào mố neo như trong
cầu dây võng, cầu vòm. Từ đó tránh được việc xây dựng các mố neo đồ sộ, tốn vật
liệu và cho phép áp dụng vào bất kỳ điều kiện địa chất nào.
1.4.2 Khuyết điểm:
Độ cứng của kết cấu nhỏ hơn so với các dạng cầu dầm thông thường hay cầu
vòm. Dưới tác dụng của tải trọng, dây xiên có độ giãn dài khá lớn ảnh hưởng đến độ
cứng của cầu.
Mức độ thông thoáng của tầm nhìn xe chạy bị giảm. Hệ mặt cầu cho đường
xe chạy có cấu tạo nặng nề, làm tăng tĩnh tải kết cấu nhịp.
1.5 Phương pháp thi công cầu treo dây văng hai nhịp:
1.5.1 Công nghệ thi công dầm chủ theo phương pháp lắp hẫng:
Phương pháp lắp hẫng từng được áp dụng trong thi công cầu Kiền (Hải
Phòng). Phương pháp lắp hẫng là quá trình thi công kết cấu nhịp theo từng phân
đoạn cho đến khi hoàn chỉnh. Các phân đoạn dầm này được chế tạo sẵn ở các bãi
đúc hoặc trong công xưởng.
Công nghệ thi công cầy dây văng theo phương pháp lắp hẫng thường được
thực hiện như sau:
-
Chế tạo các phân đoạn dầm.
-
Di chuyển các khối dầm ra xà lan bằng cẩu long môn.
-
Nâng các khối dầm từ xà lan lên.
-
Liên kết các mối nối với nhau.
21
-
Tiến hành lao lắp khối dầm tiếp theo
Hình 1.18 : Sơ đồ thi công theo phương pháp lắp hẫng.
1.5.2 Công nghệ thi công dầm chủ theo phương pháp đúc hẫng:
Phương pháp đúc hẫng lần đầu tiên áp dụng ở nước ta trong thi công cầu Mỹ
Thuận (Tiền Giang) sau đó là cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh). Phương pháp đúc hẫng
là quá trình thi công kết cấu theo từng phân đoạn theo sơ đồ hẫng, cho tới khi hoàn
thành kết cấu nhịp bằng cách thi công các phân đoạn dầm tại các vị trí nhịp cầu trên
hệ thống ván khuôn đã được lắp đặt trước.
Công nghệ thi công cầu dây văng theo phương pháp đúc hẫng được thực hiện
như sau:
-
Di chuyển xe đúc tới vị trí sẵn sàng đúc đốt tiếp theo, lắp khối neo dây
văng đúc sẵn vào vị trí sẽ liên kết với đốt dầm dọc sắp thi công. Liên kết khối neo
với xe đúc điều chỉnh ván khuôn đúc đốt dầm mới theo độ vồng tính toán.
-
Liên kết các dầm chống tạm bằng thép giữa các khối neo cũ và mới.
-
Lắp đặt và kéo cáp dây văng lần một tới một ứng suất tính toán trước.
22
-
Lắp đặt đà giáo ván khuôn, đặt hai đốt dầm ngang đúc sẵn và hai khung
thép gia công trước của hai dầm dọc vào vị trí. Hoàn thiện công tác cốt thép thường
và dự ứng lực.
-
Đổ bê tông hai dầm chủ và bản mặt cầu bao gồm cả mối nối hai đốt dầm
ngang, mối nối dầm ngang với dầm dọc.
-
Khi bê tông đạt cường độ, hạ toàn bộ hệ thống ván khuôn.
-
Tháo bỏ thanh chống tạm giữa các khối neo dây văng.
-
Căng cáp dự ứng lực của dầm ngang.
-
Tháo bỏ liên kết giữa khối neo với xe đúc.
-
Căng cáp dây văng lần hai.
-
Lặp lại các bước thi công trên từ đầu đến cuối.
Hình 1.19 : Sơ đồ thi công theo phương pháp đúc hẫng.
1.5.3 Công nghệ thi công dầm chủ theo phương pháp trụ tạm.
Trong quá trình thi công dầm chủ được kê trên các trụ tạm nhằm làm giảm
độ võng và nội lực trong dầm trong quá trình thi công. Sau đó dây cáp được lắp vào
dầm và tiến hành căng cáp dây văng. Phương pháp lắp đặt dầm chủ trên trụ tạm này
23
gây khó khăn khi thi công các cầu dây văng có nhịp lớn, ở các vị trí sông cần đảm
bảo khả năng thông thuyền. Bên cạnh đó việc xây dựng trụ tạm và dàn giáo cũng rất
khó khăn.
Hình 1.20 : Sơ đồ thi công theo phương pháp trụ tạm
1.5.4 Thi công dầm chủ theo phương pháp sử dụng dây thiên tuyến.
Đối với các cầu vùng núi nhịp nhỏ và trung (80-150m) vượt qua thung lũng
hoặc sông sâu, điều kiện địa chất và thuỷ văn phức tạp, việc xây dựng các trụ tạm,
dàn giáo hoặc các phương tiện chờ nổi đều rất khó khăn hoặc tốn kém, thời gian thi
công kéo dài thì có thể lắp đặt dầm chủ nhờ dây cáp căng ngang sông như một cầu
treo tạm (dây thiên tuyến).
Phương pháp này đã được áp dụng để thi công cầu dây văng Đăkrông ở
Quảng Trị năm 1976 (Hình 1.1). Cầu có tổng chiều dài nhịp chính là 129 m (87m +
42m). Dầm chủ bằng thép được chia làm hai nửa và lắp liên tục ở hai đầu cầu. Hai
dây thiên tuyến được căng trên tháp cầu và neo vào hai hố neo tạm làm đường trượt
qua sông.
Đặc điểm của đường trượt trên dây là không nằm trên mặt phẳng ngang,
đồng thời hình dạng dây lại luôn thay đổi trong quá trình lao dầm, nên tại mỗi nút
của khoang dầm phải bố trí một hệ nâng gồm tời và múp để có thể điều chỉnh cho
cao độ dầm ở vị trí tương đối ngang bằng trong suốt quá trình lao. Như vậy lao dọc
24
trên dây là một quá trình vừa kéo dọc, vừa nâng dầm. Sơ đồ lao dầm thể hiện trên
hình 1.21.
Nhược điểm cơ bản của phương pháp lao dọc trên dây thiên tuyến là cần tập
trung nhiều tời, đặc biệt với các cầu có dầm cứng có chiều cao thấp, độ cứng nhỏ.
Hơn nữa phương pháp này chỉ có lợi khi lao dầm chủ ở nhịp giữa, còn ở các nhịp
biên cần lắp đặt hoặc lao trên trụ tạm. Hình 1.21 trình bày sơ đồ lắp dầm cứng nhờ
dây thiên tuyến.
Hình 1.21 : Sơ đồ thi công theo phương pháp sử dụng dây thiên tuyến
1.6 Kết luận chương 1
Cầu treo dây văng không những là dạng cầu đẹp mà còn là loại cầu có khả
năng vượt nhịp lớn. Vì thế mà cầu treo dây văng ngày càng được phát triển nhiều.
Tuy nhiên do đặc thù điều kiện địa hình, địa chất và yêu cầu mỹ quan, một số cầu
yêu cầu bố trí sơ đồ cầu treo dây văng hai nhịp. Hình dạng trụ tháp thường dùng
dạng trụ chữ A.
25
CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG
2.1 Khái niệm và phân loại:
2.1.1 Khái niệm:
Dao động là hiện tượng các khối lượng của kết cấu chuyển động qua lại xung
quanh vị trí cân bằng dưới tác dụng của nhiều nguyên nhân khác nhau như lực xung
kích, gió, động đất, …
Bậc tự do của hệ dao động là số thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí
của tất cả các khối lượng trên hệ đó khi dao động.
Dao động riêng (dao động tự do): là dao động không có tải trọng động duy trì
trên hệ.
Cộng hưởng là hiện tượng xảy ra khi tần số dao động cưỡng bức trùng với
dao động tự do của hệ. Khi xảy ra cộng hưởng biên độ dao động đạt giá trị cực đại.
2.1.2 Phân loại dao động:
Tuỳ vào sự phân bố khối lượng, độ cứng, kích thước và tải trọng tác dụng mà
dao động có nhiều tính chất khác nhau nên có nhiều cách để phân loại dao động. Để
thuận lợi cho việc phân tích dao động của các hệ, có thể phân ra như sau:
-
Phân loại theo tính chất và nguyên nhân gây ra dao động:
o Dao động tự do: Là dao động sinh ra do lực kích thích đột ngột
hoặc lực bất kỳ rồi bỏ ra tức thời. Điều kiện ban đầu được tạo nên
do các lực xung kích tức thời và tách hệ ra khỏi vị trí cân bằng.
o Dao động cưỡng bức: Là dao động sinh ra do chịu tác dụng của tải
trọng động, không phụ thuộc vào chuyển động và tồn tại trong suốt
quá trình dao động. Dao động cưỡng bức bao gồm rất nhiều loại:
dao động của hệ chịu tải trọng có chu kỳ, dao động của hệ chịu tải
trọng di động, dao động của các công trình chịu tải gió, động đất…
-
Phân loại theo số bậc tự do của hệ dao động:
