Nghiên cứu ảnh hưởng sơ đồ bố trí trụ phụ đến nội lực cầu dây văng hai mặt phẳng dây

Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

VÕ THẾ PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG SƠ ĐỒ BỐ TRÍ TRỤ PHỤ ĐẾN
NỘI LỰC CẦU DÂY VĂNG HAI MẶT PHẲNG DÂY
Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Phùng Mạnh Tiến
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS.
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS.
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1 ……………………………………………..
2 ……………………………………………..
3 ……………………………………………..
4 ……………………………………………..
5 ……………………………………………..

Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn

Bộ môn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

: VÕ THẾ PHƯƠNG

Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh

: 29/01/1984

Nơi sinh :Vĩnh Long

Chuyên ngành

: Xây dựng

MSHV

: 03808513

cầu, hầm

1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu ảnh hưởng sơ đồ bố trí trụ phụ đến nội lực cầu
dây văng hai mặt phẳng dây”
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Sự phân bố nội lực trong cầu treo dây văng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố.
Sự xuất hiện của trụ neo phụ là một trong những yếu tố đó. Trong nghiên cứu của
một học viên có đề cập đến vấn đề về ảnh hưởng của 1 trụ phụ đến phân bố nội lực
và biến dạng trong cầu dây văng. Tuy nhiên trên thực tế có nhiều cầu có nhiều hơn
1 trụ phụ. Để tìm hiểu thêm về vấn đề này, học viên lập mơ hình cầu dây văng ba
nhịp 2 mặt phẳng dây có 2 trụ phu. Thơng qua kết quả nghiên cứu, kiến nghị vị trí
hợp lý của trụ phụ sao cho nội lực và biến dạng trong cầu là có lợi.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

14 / 02 / 2011

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

01 / 07 / 2011

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

TS. PHÙNG MẠNH TIẾN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành
thông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. PHÙNG MẠNH TIẾN

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Thời gian học tập tại trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh,
tơi đã được q thầy cô truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu về
chuyên môn cũng như kiến thức về mặt xã hội, và chính điều nầy đã giúp ích cho tơi
rất nhiều trong cơng việc và học tập của mình.
Qua quá trình học tập và rèn luyện trong suốt thời gian khóa học cao học, và
thời gian làm luận văn tôi xin chân thành cám ơn tất cả quý thầy cô trong khoa Kỹ
thuật Xây dựng, bộ môn cầu đường, đặc biệt là TS. Phùng Mạnh Tiến, người thầy
đã tận tình hướng dẫn tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, cơ quan đã động viên
và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành bài luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Võ Thế Phương


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Việt Nam ngày nay có nền kinh tế phát triển mạnh mẽ, nhu cầu đi lại và vận

chuyển của con người ngày càng tăng, do đó cơ sở hạ tầng khơng ngừng được xây
dựng và phát triển. Và trong đó cơng trình cầu đã đạt được nhiều thành tựu. Để có
thể đi lại qua các thung lũng lớn, hay biển, sơng hồ, … địi hỏi phải xây dựng các
cầu có khẩu độ lớn. Một trong những giải pháp đó là cầu treo dây văng.
Vấn đề cần giải quyết là làm cách nào để tối ưu các bộ phận cấu tạo cầu
(dầm chính, trụ tháp, dây văng, …) mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực của cầu và
chiều dài cầu như mong muốn. Hiện nay đã có một số đề tài nghiên cứu các vấn đề
trên như:
-

Nghiên cứu ảnh hưởng trụ tháp và chiều dài khoang dầm đến nội lực
cầu dây văng.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng dầm đến sự phân bố nội lực trong cầu
dây văng 2 mặt phẳng dây.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến sự phân bố nội lực
trong cầu dây văng 3 nhịp 1 mặt phẳng dây.

Ngoài ra, việc bố trí các trụ phụ (trụ neo phụ) ở nhịp biên của cầu dây văng
cũng ảnh hưởng đến sự phân bố nội lực trong cầu. Trường hợp 1 trụ neo phụ có tác
dụng (trích trong bài luận văn thạc sĩ):
-

Giảm moment uốn trong các khoang gần trụ neo.

-

Giảm moment uốn và độ võng của cầu.

-

Giảm lực nén (dây bị chùng) trong dây .

-

Có khả năng chịu được phản lực âm ở nhịp biên.

-

Tăng thêm độ cứng của hệ.

-

Thuận lợi cho việc thi công cầu.

Như vậy với trường hợp 2 trụ phụ thì sao? Và có bao nhiêu trụ phụ là vừa?


Để tìm hiểu thêm tầm quan trọng cũng như ảnh hưởng của trụ phụ đến sự
phân bố nội lực và biến dạng trong cầu dây văng, tôi chọn đề tài luận văn là
“Nghiên cứu ảnh hưởng sơ đồ bố trí trụ phụ đến nội lực cầu dây văng hai mặt
phẳng dây”. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian thực hiện đề tài, do đó chỉ tập trung
nghiên cứu các đối tượng sau:
-

Cầu dây văng 3 nhịp, 2 mặt phẳng dây.

-

Sơ đồ dây hình rẽ quạt.

-

Dầm hộp bêtơng cốt thép dự ứng lực.

-

Trụ tháp hình chữ H.
 174m + 400m + 174m = 748m
 217m + 500m + 217m = 934m
 260m + 600m + 260m = 1120m
 304m + 700m + 304m = 1038m

-

Nhịp biên có 2 trụ phụ, xét ảnh hưởng vị trí của nó đối với sự phân bố
nội lực và biến dạng xuất hiện trong dầm chủ, dây văng, và trụ tháp.

-

Vị trí các trụ phụ được thể hiện qua 2 thơng số a1,a2. Trong đó:
Cho các giá trị này thay đổi, sau đó tìm giá trị thích hợp (

a1 a2
,

) sao cho
Lb Lb

nội lực và biến dạng trong cầu có lợi nhất. Chọn giá trị (

x1 x2
,
) đi từ 1/8
Lb Lb

đến 1/3 để tiến hành phân tích. Trong đó:

o a1 – Khoảng cách từ đầu nhịp biên đến trụ phụ thứ nhất.
o a2 – Khoảng cách 2 trụ phụ.
o Lb – chiều dài nhịp biên.


-1-

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC PHÁT TRIỂN CẦU DÂY VĂNG ................................. 4
CHƯƠNG II: CÁC ðẶC ðIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VĂNG .... 11
2.1. SƠ ðỒ VÀ HÌNH THÁI CẦU DÂY VĂNG: ........................................... 11
2.1.1. Cầu dây văng 1 nhịp: ........................................................................... 11
2.1.2. Cầu dây văng 2 nhịp: ........................................................................... 12
2.1.3. Cầu dây văng 3 nhịp: ........................................................................... 13
2.1.4. Cầu dây văng nhiều nhịp:..................................................................... 13
2.1.5. Cầu dây văng có bố trí trụ phụ: ............................................................ 13
2.2. SƠ ðỒ VÀ SỰ PHÂN BỐ DÂY: .............................................................. 15
2.2.1. Sơ ñồ dây ñồng quy: ............................................................................ 15

2.2.2. Sơ ñồ dây song song: ........................................................................... 16
2.2.3. Sơ đồ dây hình rẽ quạt: ........................................................................ 17
2.3. SỐ MẶT PHẲNG DÂY: ............................................................................ 18
2.4. HỆ LIÊN KẾT TRONG CẦU DÂY VĂNG:............................................. 19
2.4.1. Hệ tự neo: ............................................................................................. 19
2.4.2. Trụ neo phụ: ......................................................................................... 19
2.5. CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CẦU DÂY VĂNG: ...................................... 19
2.5.1. Dầm chủ: .............................................................................................. 19
2.5.2. Tháp cầu: .............................................................................................. 20
2.5.3. Dây văng: ............................................................................................. 22
CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CẦU DÂY VĂNG ........... 24
3.1. PHƯƠNG PHÁP LỰC: .............................................................................. 24
3.2. PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN VỊ: ................................................................ 25
3.3. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN: ................................................. 26


-2-

3.4. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN: ..................................... 28
3.5. TRÌNH TỰ MƠ HÌNH HĨA VÀ THIẾT KẾ CẦU DÂY VĂNG BẰNG
PHẦN MỀM MIDAS-CIVIL: .............................................................................. 30
CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SƠ ðỒ BỐ TRÍ TRỤ PHỤ
ðẾN NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU DÂY VĂNG ......................... 31
4.1. CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU: ...................................................... 31
4.1.1. Phạm vi nghiên cứu:............................................................................. 31
4.1.2. Thơng số hình học của cầu:.................................................................. 33
4.1.3. Thơng số vật liệu, mơ hình hóa và tải trọng phân tích:........................ 39
4.2. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN: .................................................................. 42
4.2.1. SƠ ðỒ CẦU 174m + 400m + 174m: .................................................. 42
4.2.1.1.

Lực nén dọc dầm Fx ở nhịp biên:.................................................. 42

4.2.1.2.

Lực nén dọc dầm Fx ở nhịp giữa: ................................................. 44

4.2.1.3.

Lực kéo dọc dầm Fx ở nhịp giữa: ................................................. 46

4.2.1.4.

Moment xoắn dầm chủ Mx do tĩnh tải + hoạt tải: ........................ 50

4.2.1.5.

Moment uốn dầm chủ My ở nhịp biên do tĩnh tải: ........................ 53

4.2.1.6.

Moment uốn dầm chủ My ở nhịp giữa do tĩnh tải:........................ 57

4.2.1.7.

Moment uốn dầm chủ My ở nhịp biên do tĩnh tải + hoạt tải: ....... 59

4.2.1.8.

Moment uốn dầm chủ My ở nhịp giữa do tĩnh tải + hoạt tải: ...... 63

4.2.1.9.

Moment uốn dầm chủ My ở vị trí trụ tháp: ................................... 65

4.2.1.10. Moment xoắn trụ tháp Mx: .......................................................... 74
4.2.1.11. Moment uốn trụ tháp My: ............................................................ 76
4.2.1.12. Moment uốn trụ tháp Mz: ............................................................ 78
4.2.1.13. Lực căng dây văng do tĩnh tải: .................................................... 82
4.2.1.14. Lực căng dây văng do tĩnh tải + hoạt tải: ................................... 84
4.2.1.15. Chuyển vị dầm chủ do tĩnh tải: .................................................... 87
4.2.1.16. Chuyển vị dầm chủ do tĩnh tải + hoạt tải: ................................... 88
KẾT LUẬN SƠ ðỒ CẦU 174m + 400m + 174m: .......................................... 94
4.2.2. SƠ ðỒ CẦU 217m + 500m + 217m: .................................................. 99
4.2.2.1.

Lực căng dây văng: ....................................................................... 99


-3-

4.2.2.2.

Chuyển vị dầm chủ: ..................................................................... 100

4.2.2.3.

Moment uốn dầm chủ My: ........................................................... 101

4.2.3. SƠ ðỒ CẦU 260m + 600m + 260m: ................................................ 104

4.2.3.1.

Lực căng dây văng: ..................................................................... 104

4.2.3.2.

Chuyển vị dầm chủ: ..................................................................... 104

4.2.3.3.

Moment uốn dầm chủ My: ........................................................... 106

4.2.4. SƠ ðỒ CẦU 304m + 700m + 304m: ................................................ 108
4.2.4.1.

Lực căng dây văng: ..................................................................... 108

4.2.4.2.

Chuyển vị dầm chủ: ..................................................................... 108

4.2.4.3.

Moment uốn dầm chủ My: ........................................................... 110

4.2.5. TỔNG HỢP CÁC SƠ ðỒ CẦU VÀ KIẾN NGHỊ............................ 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 116
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 117
SƠ ðỒ CẦU 217+500+217 ............................................................................... 117
SƠ ðỒ CẦU 260+600+260 ............................................................................... 137

SƠ ðỒ CẦU 304+700+304 ............................................................................... 157
TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC .................................................................... 177


-4-

CHƯƠNG I:
SƠ LƯỢC PHÁT TRIỂN CẦU DÂY VĂNG
Cầu dây văng xuất hiện từ rất sớm, khoảng thế kỷ thứ 17, cầu ñược bắt qua
các thung lũng, các vực sâu hay các khe suối có địa hình nguy hiểm, vật liệu lúc bấy
giờ chủ yếu là tre, nứa, gỗ.
ðến thế kỷ thứ 18, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cầu dây
văng mới ñược quan tâm và phát triển, ñặc biệt là sự ra ñời của vật liệu thép cường
độ cao và sự phát triển khơng ngừng về công nghê thi công cầu.
Cùng với sự phát triển của máy tính điện tử đã tạo ra bước ngoặc trong việc
phân tích tính tốn chính xác mơ hình khơng gian. Ngày nay, nhiều cơng trình cầu
dây văng vượt nhịp lớn ñược xây dựng và sử dụng.
Một số cầu dây văng ñược thể hiện trên hình 1.1 ñến 1.14.

Hình 1.1. Cầu dây văng theo đề nghị của Poet (1970)

Hình 1.2. Cầu De la Cassagne do Gisclard thực hiện (1851)


-5-

Hình 1.3. Sidney Lanier – Australia (2003)
Tổng chiều dài cầu 2371 m, khơng có trụ phụ.
Chiều dài nhịp dây văng: 190.5m - 381m – 190.5m
Cầu rộng 30.25m. trụ tháp cao 223m.

Hình 1.4. Yangpu Bridge – Thượng Hải (1993)
Tổng chiều dài cầu 8354 m, có 1 trụ phụ ở mỗi nhịp biên.
Chiều dài nhịp dây văng: 99m - 144m - 602m - 144m -99 m.
Cầu rộng 30.25m. trụ tháp cao 223m.


-6-

Hình 1.5. Cầu Tatara – Nhật (1999)
Tổng chiều dài cầu 1480 m, nhịp dây văng: 50m-50m-170m-890m-270m-50m.
Một nhịp biên có 2 trụ phụ, nhịp biên cịn lại có 1 trụ phụ.
Cầu rộng 30.6m. trụ tháp cao 220m.

Hình 1.6. Cầu Vasco da Gama, Lisbon, Bồ ðào Nha (1998)
Tổng chiều dài cầu 17185m, có 2 trụ phụ ở mỗi nhịp biên.
Chiều dài nhịp dây văng: 67m-67m-69m - 420m - 69m-67m-67m.
Cầu rộng 30.9m. trụ tháp cao 155m.


-7-

Hình 1.7. Mubarak-Peace Bridge – Ai Cập (2001)
Tổng chiều dài cầu 3.9km, có 2 trụ phụ ở mỗi nhịp biên.
Chiều dài nhịp dây văng: 43m-50m-70m - 404m -70m-50m-43m.
Cầu rộng 19.8m. trụ tháp cao 154m.

Hình 1.8. Cầu Sutong – Thượng Hải (2008)
Tổng chiều dài cầu 3.9km, có 2 trụ phụ ở mỗi nhịp biên.
Chiều dài nhịp dây văng: 43m-50m-70m - 404m -70m-50m-43m.

Cầu rộng 19.8m. trụ tháp cao 154m.


-8-

Hình 1.9. Skarnsundet Bridge (1991)
Tổng chiều dài cầu 1010 m, có 3 trụ phụ ở mỗi nhịp biên.
Chiều dài nhịp dây văng: 3*27m - 159m - 530m - 159m - 3*27m
Cầu rộng 13m. trụ tháp cao 152m.

Hình 1.10. Cầu Normandie – Pháp (1995)


-9-

Hình 1.11. Cầu Mỹ Thuận (2000)
Chiều dài nhịp dây văng: 155m -350m -155m

Hình 1.12. Cầu Phú Mỹ – TP.HCM (2009)
Chiều dài nhịp dây văng: 162.5m -380m -162.5m


-10-

Hình 1.13. Cầu Bãi Cháy (2006)
Chiều dài cầu 903m, có 1 trụ phụ ở nhịp biên.
Chiều dài nhịp dây văng: 86m-129.5m-435m-129.5m-86m
Trụ tháp cao 90m (tính từ bản mặt cầu).

Hình 1.14. Cầu Cần Thơ (2010)

Chiều dài nhịp dây văng: 2*40m-150m-550m-150m-2*40m.
Cầu rộng 26m. trụ tháp cao 175.3m.


-11-

CHƯƠNG II:
CÁC ðẶC ðIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VĂNG
ðặc điểm cơ bản của cầu dây văng là tính ña dạng, thể hiện ở số lượng và
chiều dài nhịp, số mặt phẳng dây và sơ ñồ phân bố dây, hình dạng và chiều cao trụ
tháp. Cầu treo dây văng có tính thẩm mỹ cao trở thành biểu tượng cho từng nước,
từng khu vực.
2.1.

SƠ ðỒ VÀ HÌNH THÁI CẦU DÂY VĂNG:
Tùy thuộc vào điều kiện địa chất địa hình tại khu vực vị trí xây cầu, trình độ

và khả năng về công nghệ thi công … , người thiết kế có thể lựa chọn số nhịp cần
thiết, hợp lý.
2.1.1. Cầu dây văng 1 nhịp:

Hình 2.1 Sơ đồ cầu dây văng 1 nhịp
Với sơ đồ kết cấu (hình 2.1), hệ dầm làm việc như một dầm liên tục tựa lên các gối
ñàn hồi trung gian là các ñiểm neo dây và các gối cứng trên mố. Nhược ñiểm của sơ
ñồ này là tồn tại lực ngang rất lớn tác dụng lên mố neo, trụ neo, chính vì vậy mà các
mố neo thường có kích thước lớn, tốn kém. Dầm cứng ngồi việc chịu uốn cịn
chịu lực dọc thay đổi dấu gây bất lợi cho việc áp dụng dầm cứng bằng BTCT.
Do các nhược ñiểm cơ bản như trên, sơ ñồ cầu dây văng 1 nhịp chỉ áp dụng
trong ñiều kiện về địa hình khó khăn như đi qua các thung lũng, các khe suối sâu,
hoặc vùng ñịa chất quá phức tạp không thể xây dựng trụ tháp ở giữa và bắt buộc

phải xây dựng trụ tháp ở trên bờ.


-12-

2.1.2. Cầu dây văng 2 nhịp:
Sơ ñồ tổng quát của trường hợp này là cầu dây văng có hai nhịp chính được
tựa lên các gối đàn hồi (hình 2.2 và hình 2.3). Ưu điểm của sơ đồ này là tồn bộ lực
ngang do tĩnh tải và hoặc tải thông qua các dây văng truyền vào dầm chủ và tháp
cầu.
Cầu dây văng hai nhịp có thể có hai nhịp bằng nhau hoặc khơng bằng nhau,
tùy theo điều kiện địa hình địa chất hoặc do yếu tố mỹ quan quyết định.

Hình 2.2 CDV hai nhịp trên xa lộ (cầu Ludwigshafen ở ðức)

Hình 2.3 CDV hai nhịp bắc qua địa hình khó khăn (cầu Batman ở
Tasmania)
Nhược ñiểm của cầu dây văng hai nhịp là khả năng vượt nhịp không lớn,
không mang lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật.


-13-

2.1.3. Cầu dây văng 3 nhịp:
Cầu dây văng 3 nhịp (hình 2.4) có ưu điểm rất rõ về mặt cơ học là khắc phục
ñược các nhược ñiểm trên của cầu dây văng một nhịp và hai nhịp, các dây văng xa
trụ tháp chủ yếu là chịu kéo khi chịu hoặt tải do đó tiết diện dầm được thanh mảnh
và tiết kiệm hơn. ðặc ñiểm quan trọng nữa là khả năng vượt nhịp của nó rất lớn
thích hợp để vượt các sơng lớn. Với ưu điểm vượt trội trên nên cầu dây văng ba
nhịp ñược xây dựng chủ yếu trên thế giới.

Hình 2.4 Cầu dây văng ba nhịp điển hình
2.1.4. Cầu dây văng nhiều nhịp:
Cầu dây văng có thể đạt được các nhịp rất lớn (100-1000m), nhưng thơng
thường chỉ dùng đến hệ 3 nhịp để vượt các nhịp chính, phần cịn lại có thể dùng các
nhịp dẫn. Tuy nhiên cũng có thể dùng cầu nhiều nhịp dây văng ñối với các cầu bắc
qua biển, nối từ ñảo này sang ñảo khác.
2.1.5. Cầu dây văng có bố trí trụ phụ:
Trong cầu dây văng 3 nhịp, khi hoạt tải ñứng trên nhịp biên, các dây neo dễ
bị nén. ðể cải thiện ñiều kiện làm việc của dầm chủ nhịp biên và tăng ñộ dự trữ
chịu kéo cho dây neo, có thể bố trí 1 hay nhiều trụ phụ ở nhịp biên (hình 2.5, hình
2.6, hình 2.7, hình 2.8).
Khi nhịp biên có trụ phụ thì nhịp biên sẽ thành hệ cầu dẫn. Dầm chủ ñược kê
bằng gối ñàn hồi trên trụ phụ. Trụ phụ và gối ñàn hồi trên nhịp biên sẽ làm giảm
momen uốn dương ở nhịp giữa, giảm momen uốn âm trên trụ phụ và giảm momen
uốn max ở nhịp biên. Trụ phụ và gối ñàn hồi sẽ làm giảm momen uốn tại mọi vị trí
dầm chủ cầu dây văng.


-14-

Cấu tạo gối đàn hồi trên trụ phụ có thể ñược thực hiện bằng trụ neo, dầm mũ
dạng ñòn gánh có độ đàn hồi theo thiết kế, bằng kết cấu gối kê hờ hoặc bằng một
dây văng neo trên tháp có chiều cao thấp.

Hình 2.5. Cầu Bãi Cháy (2006)

Hình 2.6. Cầu Tatara – Nhật (1999)

Hình 2.7. Mubarak-Peace Bridge – Ai Cập (2001)

-15-

Hình 2.8. Cầu Sutong – Thượng Hải (2008)

2.2.

SƠ ðỒ VÀ SỰ PHÂN BỐ DÂY:
Cầu dây văng là một hệ liên hợp giữa dầm cứng và các dây văng, mà sơ ñồ

dây là yếu tố trực tiếp ảnh hưởng ñến khả năng chịu lực và các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật của cầu. Thơng thường có ba sơ đồ phân bố dây: sơ ñồ dây ñồng quy, sơ ñồ
dây song song, sơ đồ dây hình rẽ quạt (hình 2.9).
2.2.1. Sơ đồ dây đồng quy:
Sơ đồ đồng quy là sơ đồ có các dây văng xuất phát từ ñỉnh trụ tháp tỏa xuống
và neo vào dầm chính với các góc nghiêng khác nhau của dây cáp.
Trong sơ ñồ các dây ñược liên kết cố ñịnh tại nút trên của ñỉnh tháp cầu nên
với mọi vị trí của tải trọng, nội lực của các dây thông qua nút và dây neo truyền
vào mố trụ và dầm cứng, do đó hệ có độ cứng lớn. Sơ ñồ này ñược dùng phổ biến
và hiệu quả cao cho các cầu dây ít, khoang lớn.


-16-

Hình 2.9. Cầu dây văng có sơ đồ dây đồng quy
2.2.2. Sơ đồ dây song song:
Sơ đồ này có các dây song song với nhau cả hai bên của trụ tháp, các dây bố
trí đều nhau trên trụ tháp và trên dầm chủ. Ưu ñiểm của sơ ñồ dây này là tại 1 điểm
trên trụ tháp chỉ có nhiều nhất là 2 neo của dây văng do đó việc cấu tạo neo cáp

tương ñối ñơn giản, ñồng thời sơ ñồ dây này có tính mỹ quan cao, do các dây song
song nên góc nhìn tại mọi vị trí đều khơng bị che khuất.
Tuy nhiên sơ đồ này có nhược điểm như sau: do góc dây là giống nhau, và là
góc nghiêng nhỏ, nên làm giảm ñộ cứng của các nút neo dây và dầm. Chỉ có một
dây trên cùng được nối với dây neo, cịn các dây khác được liên kết với dầm và tháp
tại các điểm có chuyển vị ñàn hồi, làm giảm ñộ cứng của hệ và làm tăng momen
uốn của dầm khi chịu tải trọng khơng đối xứng.


-17-

Hình 2.10. Cầu dây văng có sơ đồ dây song song
2.2.3. Sơ đồ dây hình rẽ quạt:
Sơ đồ dây hình rẽ quạt là trung gian của sơ ñồ dây ñồng quy và sơ đồ dây
song song, nó khắc phục các nhược ñiểm cơ bản của cả hai sơ ñồ dây trên. ðặc
ñiểm cơ bản của sơ ñồ này là các dây văng bố trí trên trụ tháp với khoảng cách hợp
lý và chiều dài khoang dầm ñược chọn tuỳ thuộc vào người thiết kế. Nói chung sơ
đồ này thích hợp cho cầu dây văng nhịp lớn, khoang dầm nhỏ, nhiều dây phù hợp
với công nghệ thi công hẫng hiện nay.
Do có khoang dầm nhỏ, các dây văng ở nhịp biên tại vị trí gần mố cầu làm
việc kém, do dây có độ cứng theo phương thẳng đứng nhỏ (chiều dài lớn, góc
nghiêng nhỏ) lại neo vào vị trí dầm có ñộ cứng lớn (gần mố cầu), nên momen uốn
trong dầm cứng tại khu vực này thường lớn hơn nhiều so với các khu vực khác.
ðể khắc phục hiện tượng này ñồng thời tăng ñộ cứng của của các gối ñàn hồi
nhịp giữa thì có thể bố trí thêm các trụ neo phụ. Các trụ neo có thể bố trí tại các nút
dây, hoặc bố trí cách một vài khoang, miễn tạo được sự phân bố hài hịa về momen
uốn và vật liệu trong dầm cứng. Trụ phụ cịn có tác dụng làm giảm lực nén trong
dây neo khi hoạt tải đứng trên nhịp biên. Tuy nhiên giá thành cơng trình sẽ tăng lên.

-18-

Hình 2.11. Cầu dây văng có sơ đồ dây rẽ quạt
2.3.

SỐ MẶT PHẲNG DÂY:
Số lượng mặt phẳng dây phụ thuộc vào bề rộng của mặt cắt ngang khổ cầu.

Thông thường cầu có bề rộng khổ cầu nhỏ hơn 7m chọn một mặt phẳng dây, khổ
cầu từ 7m -20m thường chọn hai mặt phẳng dây. ðối với các cầu có bề rộng lớn có
thể chọn ba hoặc bốn mặt phẳng dây.
Số mặt phẳng dây

Sơ ñồ

Một mặt phẳng dây

Hai mặt phẳng dây

Nhiều mặt phẳng dây
Hình 2.12 - Sơ đồ bố trí mặt phẳng dây trong cầu treo dây văng


-19-

2.4.

HỆ LIÊN KẾT TRONG CẦU DÂY VĂNG:

2.4.1. Hệ tự neo:

Thông thường dầm cứng bố trí liên tục, gối cố định ñược bố trí trên một
trong các mố hoặc trụ cầu, các gối di động được bố trí trên các mố, trụ cịn lại, khe
co giãn được bố trí trên mố có gối di động. Các dây văng được neo vào dầm chủ.
Với cách bố trí như vậy lực dọc sẽ bằng không tại khoang giữa nhịp (nếu bỏ qua
ảnh hưởng lực cắt của tháp cầu), và có trị số lớn nhất tại các khoang gần tháp. Dây
chịu kéo cân bằng với lực nén trong dầm chủ, hệ trở thành không có lực ngang và
được gọi là hệ tự neo, lực nén và dầm bê tông cốt thép gây ứng suất trước gọi là hệ
tự ứng suất trước.
2.4.2. Trụ neo phụ:
Trong các cầu dây văng nhịp lớn, dây dày, khoang nhỏ, moment uốn và ñộ
võng của dầm chủ phụ thuộc vào ñộ cứng của dầm và dây. ðể tăng ñộ cứng của
dầm ta có thể bố trí thêm một số trụ neo phụ ở nhịp biên. Tác dụng của trụ neo phụ
như sau:

2.5.

-

Giảm moment uốn trong các khoang gần trụ neo

-

Giảm moment uốn và ñộ võng của cầu

-

Giảm lực nén (dây bị chùng) trong dây

-

Có khả năng chịu được phản lực âm ở nhịp biên

-

Tăng thêm độ cứng của hệ

-

Thi cơng cầu sẽ thuận lợi hơn

CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CẦU DÂY VĂNG:

2.5.1. Dầm chủ:
Trong cầu dây văng tồn tại hai loại tiết diện dầm chủ với nguyên lý làm việc
và sự phân bố vật liệu hoàn toàn khác nhau:
+ Loại thứ nhất là các dầm chủ có tiết diện bất kỳ, ñặt tại các mặt phẳng dây,
chịu lực nén như biên chịu nén của dàn, gọi là dầm chủ ñơn năng.