NGHIÊN cứu PHÂN TÍCH ỨNG xử cầu TREO dây VÕNG DO sự cố đứt cáp gây RA cdf14abd

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO ĐÌNH DŨNG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH
ỨNG XỬ CẦU TREO DÂY VÕNG
DO SỰ CỐ ĐỨT CÁP GÂY RA

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO ĐÌNH DŨNG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH
ỨNG XỬ CẦU TREO DÂY VÕNG
DO SỰ CỐ ĐỨT CÁP GÂY RA

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số

: 8580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS VÕ DUY HÙNG

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan luận văn này hồn tồn do tơi thực hiện.
Các đoạn trích dẫn và số liệu sử dụng trong luận văn đều được đẫn nguồn có độ
chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tơi.
Tác giả luận văn

Cao Đình Dũng


LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất
cả các quý Thầy Cô trong khoa xây dựng cầu đường, Phòng Đào tạo sau Đại học Bách
Khoa Đà Nẵng, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm hết
sức quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường.
Bằng tất cả tấm lịng, tơi cũng xin gửi đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp lời
cảm ơn và những tình cảm chân thành nhất, những người đã khuyến khích, hỗ trợ,
động viên, tạo điều kiện cho tơi theo hết khóa học đào tạo cao học và hồn thành luận
văn.
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS. Võ Duy Hùng đã tận tình hướng dẫn
tơi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cám ơn!


TĨM TẮT LUẬN VĂN

ĐỀ TÀI : “NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CẦU TREO DÂY
VÕNG DO SỰ CỐ ĐỨT CÁP GÂY RA”
Học viên: Cao Đình Dũng
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số: 8580205 Khóa:2016-2018
Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Kết cấu cầu là kết cấu được sử dụng với tần suất cao, chịu nhiều ảnh hưởng
trực tiếp của điều kiện môi trường, thiên tai và các tai nạn do con người gây ra như hiện tượng
cáp bị ăn mịn, tuột cơn neo cáp, tuột nêm neo, phá hoại cáp do chịu mỏi vì biến dạng nhiệt
trong q trình khai thác mà chưa có liệu pháp ngăn ngừa triệt để tác động trên. Các tác động
bất lợi trên có thể gây ra những ảnh hưởng xấu cho cầu trong điều kiện vận hành, khai thác,
gây nguy hiểm cho người và phương tiện. Khi lưu lượng xe ô tô qua cầu càng ngày càng lớn,
xe quá tải nhiều, tải trọng xe phức tạp …, cộng với sự giảm yếu tiết diện của cáp treo dầm
theo thời gian dẫn đến sự cố đứt cáp treo, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng khai thác cũng
như khả năng làm việc của cầu. Do đó, Luận văn này đi sâu vào nghiên cứu mức độ ảnh
hưởng từ sự cố đứt cáp treo dầm đến khả năng khai thác bình thường của cầu thông qua việc
ứng dụng phần mềm Midas/Civil 2011 để phân tích ứng xử của Cầu treo dây võng do sự cố
đứt cáp treo dầm gây ra là có cơ sở và thiết thực. Kết quả phân tích cầu treo Thuận Phước cho
thấy trường hợp có một dây treo bất lợi bị đứt thì lực căng dây treo tăng 163.13%, độ võng
của cầu thay đổi cao nhất là 39.22% so với ban đầu. Trường hợp có hai dây treo bị đứt thì lực
căng dây treo tăng 255.51%, độ võng của cầu thay đổi cao nhất là 110.36% so với ban đầu rõ
rệt hơn. Khi ba dây treo liên tiếp bị đứt thì lực căng dây treo tăng 149.89%, độ võng của cầu
thay đổi cao nhất là 1.47% so với ban đầu, hai cặp dây treo đối xứng bị đứt thì lực căng dây
treo tăng 101.29%, độ võng của cầu thay đổi cao nhất là 1.16% so với ban đầu, ba cặp dây
treo liên tiếp đối xứng bị đứt thì lực căng dây treo tăng 154.69%, độ võng của cầu thay đổi
cao nhất là 2.84% so với ban đầu rõ rệt hơn. Trường hợp đứt hai dây 9 và 66. Các dây này có
ứng suất trong dây treo ban đầu lớn nhất là 717 N/mm2 nhỏ hơn ứng suất cho phép 1670
N/mm2, lực căng tăng 251.51% và độ võng là 110.36% tức là tăng 34 cm so với ban đầu. So
sánh với một số kết quả kiểm định cầu treo Thuận Phước , tác giả kết luận cầu sẽ vận hành

trong điều kiện an toàn trong các trường hợp trên tuy nhiên cần có biện pháp khắc phục và
theo dõi kịp thời.
Từ khóa: cáp treo; đứt cáp treo dầm; ứng xử cầu treo; dao động cầu treo; vận hành và
khai thác cầu treo.


TOPIC: “ A STUDY ON BEHAVIOR OF SUSPENSION BRIDGE DUE TO
HANGER CABLE BREAK”
Abstract: Bridge structure is the structure used in high frequency, directly affected by
environmental conditions, natural disasters and human-induced accidents such as cable
erosion, damage to the cable due to fatigue or thermal deformation in the operating process
without any preventive measures. This can lead to adverse effects to operation, exploitation,
endangering people and transportation means. Nowadays, the traffic pass through the bridge
is getting more crowded, together with the deterioration process leading to the borken of the
suspender. Therefore, this thesis study of the impact from the breakdown of hanger cable to
bridge behaviors by application of Midas Civil software. The analysis of the Thuan Phuoc
suspension bridge shows that there is a broken suspension cable, the tension in other hangers
increases 163.13% and the maximum deflection of the bridge increases 39.22% compared
with the original. In case of two suspension break at the same time, the tension of the hanger
increases 255.51%, the deflection of the bridge is the highest change 110.36% compared to
the original value. When the three suspenders broke, the hanger’s tension increased 149.89%,
the deflection of the bridge is the highest change is 1.47% compared to the original one.
When two pairs of symmetric suspension is broken, the tension of the suspension cable
increase 101.29% and the maximum change in deflection was 1.16% over the original, with
three pairs break symmetrically, the suspension tension increased 154.69%, the deflection of
the bridge changed 2.84% from the original. In case of breaking of two cable 9 and 66. These
cable have the highest initial stress of 717 N/mm2, which is less than the allowable stress of
1670 N/mm2, the tension increases by 251.51% and the deflection is 110.36%. Compared
with some results of inspection of Thuan Phuoc suspension bridge, the author concludes that
the bridge will operate safe but need more inspection and monitoring works.

Key words: suspender; broken of hangers; behavior of suspension bridge; vibration
mode shape; operation and exploitation of the suspension bridge.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CÁM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................1
2. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................1
3. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 2
4. Đối tượng khảo sát ................................................................................................ 2
5. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2
6. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2
7. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài....................................................2
8. Dự kiến nội dung của luận văn .............................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG VÀ CÁC SỰ CỐ
LIÊN QUAN ...................................................................................................................4
1.1. Tổng quan về cầu treo dây võng ...............................................................................4
1.1.1. Giới thiệu chung.............................................................................................. 4
1.1.2. Sự phát triển của cầu treo dây võng trên Thế Giới .........................................4
1.1.3. Sự phát triển của cầu treo dây võng ở Việt Nam ..........................................10
1.2. Tình hình nghiên cứu sự cố đứt cáp treo dầm của cầu treo dây võng ở Thế Giới
và Việt Nam ...................................................................................................................13
1.2.1. Các nghiên cứu trên Thế Giới .......................................................................13
1.2.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam ..........................................................................18

1.3. Tình hình điều tiết giao thông trên cầu khi đứt cáp treo của cầu treo dây võng ở
Thế Giới và Việt Nam ...................................................................................................19
1.3.1. Ở trên Thế Giới ............................................................................................. 19
1.3.2. Ở Việt Nam ...................................................................................................20
1.4. Tầm quan trọng của việc điều tiết giao thông trên cầu khi đứt cáp treo .................22
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI...................................................23
2.1. Giới thiệu lý thuyết về mơ hình hóa cầu treo dây võng .........................................23
2.2. Cơ sở xây dựng mơ hình ........................................................................................25
2.3. Giới thiệu về phần mềm Midas ..............................................................................25


2.4. Cơ sở phân tích bằng phần tử hữu hạn ...................................................................26
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỨT CÁP ĐẾN SỰ LÀM
VIỆC CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG .......................................................................32
3.1. Mơ hình hóa kết cấu ............................................................................................... 32
3.2. Ảnh hưởng của việc đứt 1 dây cáp treo đến sự làm việc của cầu .......................... 61
3.3. Ảnh hưởng của đứt 2 dây cáp treo đến sự làm việc của cầu ..................................64
3.4. Ảnh hưởng của đứt 3 dây cáp treo liên tiếp, 2 cặp dây treo đối xứng, 3 cặp dây
đối xứng liên tiếp đến sự làm việc của cầu ...................................................................67
3.5. Kết quả mơ hình hóa mode dao động của cầu treo dây võng ................................ 71
3.6. Các biện pháp điều tiết và cảnh báo khi có sự cố xảy ra ........................................78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................80
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................82
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

1.1.

Kích thước các cầu treo dây võng nhịp lớn trên thế giới

6

1.2.

Kích thước các cầu treo dây võng tại Việt Nam

11

3.1.

Thông số Cáp chủ và cáp treo dầm

32

3.2.

Đặc trưng mặt cắt ngang dầm chủ như sau

33

3.3.
3.4.

Các trường hợp tải và hệ số tải trọng kèm theo theo TTGH sử
dụng (AASHTO- LRFD Load)
Các tổ hợp tải trọng được khai báo trong chương trình để có tổ
hợp được các giá trị bất lợi nhất

36
36

3.5.

Bảng kết quả ứng suất trong dây treo dầm

37

3.6.

Bảng tính tốn, tổ hợp vị trí cáp treo đứt theo ứng suất lớn nhất
trong dây treo dầm ở bảng 7

39

3.7..

Bảng tổng hợp lực căng trong các dây treo các trường hợp đứt
dây treo (TH1.1 đến TH5.2) so với điều kiện khi dây treo
không bị đứt (TH0).

46

3.8.

Bảng tính tốn chênh lệch % giữa lực căng dây treo trước và
sau khi đứt dây treo (TH1.1-TH5.2)

50

3.9.

Bảng tổng hợp độ võng của dầm chủ trong các trường hợp đứt
dây treo (TH1.1 đến TH5.2) so với độ võng ở điều kiện khi dây
treo không bị đứt (TH0), xét theo tổ hợp tải trọng hoạt tải xe
thiết kế HL93 gây ra:

54

3.10.

Bảng tổng hợp độ võng của dầm chủ trong các trường hợp đứt
dây treo (TH1.1 đến TH5.2) so với độ võng ở điều kiện khi dây
treo không bị đứt (TH0), xét theo tổ hợp tải trọng hoạt tải xe
thiết kế HL93 + người gây ra

56

3.11.

Bảng tổng hợp chênh lệch độ võng của dầm chủ trong các
trường hợp đứt dây treo (TH1.1 đến TH5.2) so với độ võng ở
điều kiện khi dây treo không bị đứt (TH0) xét theo tổ hợp tải

trọng hoạt tải xe thiết kế HL93 gây ra

58

3.12.

Bảng tổng hợp chênh lệch độ võng của dầm chủ trong các
trường hợp đứt dây treo (TH1.1 đến TH5.2) so với độ võng ở
điều kiện khi dây treo không bị đứt (TH0) xét theo tổ hợp tải
trọng hoạt tải xe thiết kế HL93+người gây ra:

60


Số hiệu
bảng
3.13.

Tên bảng
Bảng tần số riêng của cầu ở trạng thái đầy đủ dây treo “TH0”
và trạng thái đứt cặp dây treo 9+66 ở “TH5.2”

Trang
76


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

1.1.

Mặt cắt ngang cầu Severn

12

1.2.

Mặt cắt ngang cầu Tsing Ma

12

1.3.

Mặt cắt ngang cầu Akashi Kaikyo

12

1.4.

Mặt cắt ngang cầu Messina Straits

12

1.5.

Mặt cắt ngang cầu Thuận Phước

13

2.1.

Sơ đồ chịu lực của cầu treo dây võng

23

2.2.

Mơ hình hóa q trình thi cơng theo phương pháp ngược

24

3.1.

Bảng thơng số khai báo trong mơ hình

34

3.2.

Mơ hình hồn thiện 3D

34

3.3.

Mặt chính diện

34

3.4.

Sơ đồ đánh số thứ tự dây treo thượng lưu của cầu Thuận Phước

35

3.5.

Sơ đồ đánh số thứ tự dây treo hạ lưu của cầu Thuận Phước

35

3.6.

Sơ đồ cầu treo được mơ hình hóa bằng phần mềm MiDAS/Civil 2011
trong điều kiện đầy đủ dây.

35

3.7.

Phân bố lực căng,điều kiện đầy đủ dây TH3(CĐ1) (KN).

39

3.8.

Ứng suất dây treo,điều kiện đầy đủ dây TH3(CĐ1) (N/mm2).

39

3.9.

Độ võng của dầm chủ,điều kiện đầy đủ dây(xét tổ hợp HT) (m).

39

3.10.

Độ võng của dầm chủ,điều kiện đầy đủ dây (chỉ xét xe thiết kế
0.65HL93) (m).

40

3.11.

Ví trí cáp số 26

40

3.12.

Phân bố lực căng dây 01 đến 57 trường hợp đứt cáp số 26(CĐ1)

40

3.13.

Phân bố lực căng dây 58 đến 114 trường hợp đứt cáp số 86 (CĐ1)

40

3.14.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26 (xét tổ hợp HT)

40

3.15.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26 (xét 0.65HL93)

40

3.16.

Vị trí cặp cáp số 26 -83

41

3.17.

Phân bố lực căng dây 01 đến 57 trường hợp đứt cáp cặp cáp số 2683(CĐ1)

41

3.18.

Phân bố lực căng dây 58 đến 114 trường hợp đứt cáp cặp cáp số 2683(CĐ1)

41

3.19.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-83(xét tổ hợp HT)

41

3.20.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-83(xét 0.65HL93)

41

3.21.

Ví trí cặp cáp số 26-27( liền kề)

41

3.22.

Phân bố lực căng từ dây 01 đến 57 trường hợp cáp số 26-27 (CĐ1).

42

Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

3.23.

Phân bố lực căng từ dây 58 đến 114 trường hợp cáp 26-27 (CĐ1).

42

3.24.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-27(xét tổ hợp HT)

42

3.25.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-27(xét 0.65HL93)

42

3.26.

Phân bố lực căng dây 01 đến 57, cáp số 26-27 và 83-84 (CĐ1).

42

3.27.

Phân bố lực căng dây 58 đến 114, cáp số 26-27 và 83-84 (CĐ1).

42

3.28.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-27 và 83-84 (xét tổ hợp HT)

42

3.29.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-27 và 83-84 (xét 0.65HL93)

43

3.30.

Phân bố lực căng dây 01 đến 57, cáp số 26-27-28(CĐ1).

43

3.31.

Phân bố lực căng dây 58 đến 114, cáp số 26-27-28 (CĐ1).

43

3.32.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-27-28 (xét tổ hợp HT)

43

3.33.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-27-28 (xét 0.65HL93)

43

3.34.

Phân bố lực căng dây 01 đến 57, cáp số 26-27-28 và 83-84-85 (CĐ1)

43

3.35.

Phân bố lực căng dây 58 đến 114, cáp số 26-27-28 và 83-84-85 (CĐ1).

43

3.36.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-27-28 và 83-84-85 (Tổ hợp HT)

44

3.37.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 26-27-28 và 83-84-85 (xét 0.65HL93)

44

3.38.

Phân bố lực căng dây 01 đến 57 trường hợp đứt cáp số 10 (CĐ1)

44

3.39.

Phân bố lực căng dây 58 đến 114 trường hợp đứt cáp số 10 (CĐ1).

44

3.40.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 10 (xét tổ hợp HT)

44

3.41.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 10 (xét 0.65HL93)

44

3.42.

Phân bố lực căng dây 01 đến 57, đứt cáp số 10-67 (CĐ1).

44

3.43.

Phân bố lực căng dây 58 đến 114, đứt cáp số 10-67 (CĐ1).

45

3.44.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 10-67 (xét tổ hợp HT)

45

3.45.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 10-67 (xét 0.65HL93)

45

3.46.

Phân bố lực căng dây 01 đến 57 trường hợp đứt cáp số 9 (CĐ1).

45

3.47.

Phân bố lực căng dây 58 đến 114 trường hợp đứt cáp số 9 (CĐ1).

45

3.48.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 9 (xét tổ hợp HT)

45

3.49.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 9 (xét 0.65HL93)

45

3.50.

Phân bố lực căng 01 đến 57, đứt cáp số 9-66 (CĐ1).

45

3.51.

Phân bố lực căng 58 đến 114, đứt cáp số 9-66 (CĐ1).

46

3.52.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 9-66 (xét tổ hợp HT)

46

3.53.

Độ võng trường hợp đứt cáp số 9-66 (xét 0.65HL93)

46

3.54.

Biểu đồ sự phân bố lại lực căng cáp treo ở các trường hợp TH1.1,
TH4.1, TH5.1 so với TH0

62

3.55.

Biểu đồ sự thay đổi độ võng dầm chủ ở các trường hợp TH1.1, TH4.1,
TH5.1 so với TH0

63

3.56.

Biểu đồ sự phân bố lại lực căng cáp treo ở các trường hợp TH1.2,

65


Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

TH2.1, TH4.2, TH5.2 so với TH0
3.57.

Biểu đồ sự thay đổi độ võng dầm chủ ở các trường hợp TH1.2, TH2.1,
TH4.2, TH5.2 so với TH0

66

3.58.

Biểu đồ sự phân bố lại lực căng cáp treo ở các trường hợp TH3.1,
TH2.2 so với TH0

68

3.59.

Biểu đồ sự phân bố lại lực căng cáp treo ở các trường hợp TH3.2

69

so với
TH0

69

3.60.

Biểu đồ sự thay đổi độ võng dầm chủ ở các trường hợp TH3.1, TH2.2,
TH3.2 so với TH0

70

3.61.

Biểu đồ bao sự thay đổi độ võng dầm chủ ở các trường hợp khác so
với TH0

70

3.62.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 1

71

3.63.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 2

72

3.64.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 3

72

3.65.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 4

72

3.66.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 5

72

3.67.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 6

73

3.68.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 7

73

3.69.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 8

73

3.70.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 9

73

3.71.

Dao động riêng của cầu khi đủ dây ở mode 10

74

3.72.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 1

74

3.73.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 2

74

3.74.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 3

74

3.75.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 4

75

3.76.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 5

75

3.77.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 6

75

3.78.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 7

75

3.79.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 8

76

3.80.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 9

76

3.81.

Dao động riêng của cầu TH5.2 ở mode 10

76

3.82.

Biểu đồ so sánh thay đổi tần số TH5.2 so với TH0

77


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Như ta đã biết cầu treo dây võng là hệ kết cấu treo có 1 lớp dây chủ nối với dầm
cứng bằng các dây treo thẳng đứng, trong đó dây cáp chủ và dây cáp treo dầm là dây
chịu lực chính, do vậy tận dụng được hết thành tựu khoa học kỹ thuật về sự làm việc
của vật liệu. Chính về có ưu điểm này nên cầu treo vượt được khẩu độ rất lớn mà các
kết cấu cầu khác khơng làm được . Ví dụ như cầu Akashi Kaikyo ở Nhật Bản 3 nhịp
960+1991+960, nhịp chính 1991 m, cầu Great belt east ở Đan Mạch 3 nhịp
535+1624+535, nhịp chính 1624 m, cầu Humber của Anh 3 nhịp 280+1410+530, nhịp
chính 1410 m... Cùng với Thế Giới, ở nước ta đã xây dựng được rất nhiều cây cầu treo
dây võng trong đó có cầu Thuận Phước Đà Nẵng là cây cầu treo dây võng dài nhất
Việt Nam với phần nhịp chính 3 nhịp 125+405+125 m, khẩu độ nhịp dây võng lớn
nhất 405m ( khoảng cách 2 trụ tháp), cầu treo Cẩm Lương Thanh Hóa 3 nhịp
35+140+35, nhịp chính 140 m khổ cầu 2.5+2x0.3 m. Tuy nhiên bên cạnh nhưng ưu
điểm lớn thì cịn có nhược điểm do xuất phát từ đặc điểm cấu tạo của cáp chủ, cáp treo
dầm như : Cáp tao sợi song song hình lục giác, cáp bó tao, cáp sợi, cáp khóa xoắn (cáp
lõi cứng) … đa số bằng vật liệu kim loại và bó cáp có độ rỗng lớn nên dễ bị xâm thực
trực tiếp từ mơi trường bên ngồi như : nắng, gió - mưa, hơi nước mặn (đối với cầu
qua các eo biển, hoặc cửa sông lớn giáp biển…) gây ra hiện tượng cáp bị ăn mịn
nhanh, ngồi ra có thể gây ra các hệ lụy đối với cáp treo như : cáp bị ăn mịn, tuột cơn
neo cáp, tuột nêm neo…Kinh nghiệm khai thác cầu treo trên thế giới cho thấy nếu thiết
kế cáp dây treo không tốt rất dễ gây ra phá hoại cáp do chịu mỏi vì biến dạng nhiệt
trong quá trình khai thác mà chưa có liệu pháp ngăn ngừa triệt để tác động trên . Khi
lưu lượng xe ô tô qua cầu càng ngày càng lớn, xe quá tải nhiều, tải trọng xe phức tạp
…, cộng với sự giảm yếu tiết diện của cáp treo dầm dẫn đến sự cố đứt cáp treo ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng khai thác cũng như khả năng làm việc của cầu, qua đó
câu hỏi đặt ra cho nghành chúng ta là khi sự cố xảy ra thì cầu có làm việc được nữa
hay khơng, nếu làm được thì những loại xe nào được đi qua? tổ chức phân làn xe chạy
như thế nào? trong thời gian chờ xử lý. Do đó, việc nghiên cứu mức độ ảnh hưởng từ

sự cố đứt cáp treo dầm đến khả năng khai thác bình thường của cầu thơng qua việc
ứng dụng phần mềm Midas civil để phân tích ứng xử của Cầu treo dây võng do sự cố
đứt cáp treo dầm gây ra là có cơ sở và thiết thực.
2. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu phân tích kết cấu cầu treo dây võng Thuận Phước,
đặc biệt là cáp treo dầm.


2
3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ứng xử của cầu treo dây võng sau khi đứt dây cáp treo dầm bất kỳ
và đưa ra các khuyến nghị.
4. Đối tượng khảo sát
Sự thay đổi lực căng trong dây và độ võng kết cấu nhịp khi đứt cáp treo bất kỳ.
Đồng thời phân tích mơ hình động để tìm ra các sự thay đổi về mode dao động
của cầu Thuận Phước trước và sau khi đứt cáp.
5. Mục tiêu nghiên cứu
a. Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu ứng xử của cầu ảnh hưởng tới khả năng khai thác khi xe thông qua
cầu. Đồng thời, đề tài cũng đưa ra các dây bất lợi có thể đứt trước để nhà quản lý có
các biện pháp theo dõi và sữa chữa khi có sự cố xảy ra.
Đề xuất biện pháp điều tiết giao thông phù hợp sau khi xảy ra sự cố đứt cáp treo
dầm và đưa ra các cảnh báo về rủi ro khi xe qua cầu.
Đưa ra kết luận và hướng phát triển của đề tài.
b. Mục tiêu cụ thể
Ứng dụng phần mềm Midas civil để phân tích ứng xử của cầu treo dây võng do
sự cố đứt cáp treo dầm gây ra, thơng qua đó cho thấy :
Nghiên cứu xu hướng phân bố lực căng sau khi đứt cáp, đưa ra các dây có ứng
suất lớn nhất trước và sau khi đứt cáp treo.
Ảnh hưởng của việc đứt cáp đến độ võng, cũng như sự phân bố lực căng trong

dây và động võng kết cấu nhịp.
Tìm ra giá trị độ võng lớn nhất ở các vị trí cáp treo bất lợi nhất khi chịu các tổ
hợp tải trọng hiện đang áp dụng ở cầu Thuận Phước.
Đề xuất biện pháp điều tiết giao thông trên cầu ngay sau khi đứt cáp treo dầm
theo tình hình cụ thể, đồng thời đề xuất biện pháp xử lý.
6. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài. Các thông số về các bộ phận của Cầu
Thuận Phước.
Ứng dụng phần mềm Midas civil để mơ hình hóa và phân tích ứng xử cho cầu
treo dây võng.
Nghiên cứu và phát triển lý thuyết cho bài tốn thực tế dựa trên mơ hình tính
tốn để phục vụ đề tài luận văn.
7. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
Xác định được sự ảnh hưởng của việc đứt cáp đến sự làm việc của cầu đến khả
năng khai thác bình thường của cầu.


3
Sớm đưa ra các cảnh báo để phòng ngừa những rủi ro ngoài ý muốn và đưa ra
các biện pháp quản lý phù hợp.
Đề xuất được các biện pháp an tồn cho các loại xe khi lưu thơng qua cầu sau
khi cáp treo bị đứt và có thể ứng dụng cho các cơng trình cầu treo tương tự trong nước
và trên thế giới.
8. Dự kiến nội dung của luận văn
Nội dung đề tài nghiên cứu gồm phần mở đầu và 4 chương.
Chương 1. Tổng quan về cầu dây võng và các sự cố liên quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của đề tài
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của đứt cáp đến sự làm việc của cầu treo dây
võng
Chương 4. Kết luận và kiến nghị

4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG VÀ
CÁC SỰ CỐ LIÊN QUAN
1.1. Tổng quan về cầu treo dây võng
1.1.1. Giới thiệu chung
Cầu treo dây võng là một loại cầu có kết cấu cầu treo dạng cáp treo trên cáp,
thay vì cáp treo trực tiếp vào trụ cầu như cầu treo dây văng. Hệ cáp treo chính của cầu
được móc liên kết chắc chắn vào đỉnh tháp cầu, như đường dây điện cao thế, nhưng do
khoảng cách nhịp lớn và chịu tải nặng chúng thường có dạng bị võng xuống ở khoảng
giữa nhịp cầu. Từ hệ cáp treo chính này, thường nằm 2 bên thành cầu, các hệ cáp treo
thẳng đứng được (móc vào hệ cáp chính) treo rủ xuống với khoảng cách song song đều
nhau đỡ lấy từng đốt bản mặt cầu. Hệ cáp chính được neo vào đất thông qua mố neo,
hoặc neo vào dầm cứng, hoặc hố thế trọng lực, hố thế áp lực… Chính nhờ có hệ kết
cấu dây cáp treo khơng phụ thuộc vào góc neo cáp, chiều cao trụ cầu và khoảng cách
điểm neo đốt cầu vào cáp treo tới trụ tháp, mà cầu treo dây võng có thể vượt được các
nhịp lớn hơn cầu treo dây văng (loại cầu phụ thuộc nhiều vào những yếu tố đó). Do đó
những cầu treo nhịp dài nhất trên thế giới là các cầu treo dây võng.
1.1.2. Sự phát triển của cầu treo dây võng trên Thế Giới
Cầu treo dây võng hiện đại được phát triển từ thế kỷ thứ XVIII dựa trên cơ sở
sự phát triển của các dạng kết cấu cầu và công nghệ sản xuất thép. Cầu Jacobs creek
được xây dựng ở Mỹ vào năm 1801 theo thiết kế của Finley, có nhịp giữa 21,3m. Đặc
biệt cầu này có dầm chủ dạng dàn để tạo độ cứng cho cầu và tạo sự phân bố tải trọng
qua tháp treo cáp, vì vậy hạn chế đáng kể biến dạng của cáp. Cầu Clipfton với nhịp
giữa 214m, được khởi cơng 1831 và hồn thành 1864 ở Anh, hiện này cầu vẫn đang
khai thác bình thường. Tiếp theo đến giữa thế kỷ thứ XIX ở Mỹ, cầu Niagara với nhịp
chính 246m, sử dụng cáp kim loại dạng song song do Roebling đề xuất và hoàn thành

cầu năm 1855. Đến 1883 cầu Brooklyn nhịp giữa là 486 m bắc qua sông New York
East và là cây cầu treo hiện đại nhất lúc bấy giờ.
Tiếp đến năm 1903 cầu Manhattan với nhịp giữa dài 448m và cầu Williamsburg
với nhịp giữa dài 448m trên cùng dịng sơng. Đến năm 1931 cầu George Washington
bắc qua song Hudson ở New York với nhịp giữa 1067m, tháp bằng thép cao 180m,
dây chủ gồm 4 bó cáp,mỗi bó đường kính 90cm, dầm cứng dạng dàn thép rộng 32,3m
cao 9,1m và được bố trí 6 làn xe được hoàn thành. Đến năm 1962 cầu George được
cải tạo lại lên 14 làn xe. Đồng thời trong năm 1936 cầu dây võng qua vịnh San


5
francisco – oakland cầu dây võng kép với nhịp chính 704m hoàn thành. Năm 1937 cầu
Golden Gate với nhịp giữa bằng 1280m tháp bằng thép cao 227m, dây chủ dùng 2 cáp
, mỗi bó cáp có đường kính 90cm, được xây dựng trên khu vực vịnh San francisco.
Năm 1940 cầu treo Tacoma Narrows với nhịp giữa 853m, là cây cầu treo dây võng lớn
thứ 3 Thế Giới lúc bấy giờ có dầm cứng kiểu dầm I đặc. Ngay sau khi xây dựng xong,
cầu đã xuất hiện dao động uốn với biên độ đến 8,5m xảy ra cùng với dao động xoắn và
cầu này sụp đổ dưới tốc độ gió 19m/s chỉ sau 4 tháng sau khi hồn thành. Sau đó đến
năm 1950 cầu Tacoma Narrows mới được cải tiến dầm cứng I thành dầm cứng kiểu
dàn. Năm 1956 cầu Mackinac Strais với nhịp giữa 1158m, tương đương cầu Golden
Gate và năm 1964 xây cầu Verrazano – Narrows với nhịp giữa 1298m, giữ kỷ lục Thế
Giới sau khoảng 17 năm.
Tại nước Anh cầu treo Forth Road với nhịp giữa dạng dàn dây, nhịp chính 1006
và cầu Servern 1966 với nhịp giữa 998m được xây dựng với dầm hộp và dây treo cáp
chéo. Thiết kế độc đáo đã cách mạng hóa cầu treo dây võng. Cầu Humber với nhịp
giữa 1410m là cầu dài nhất Thế Giới trước năm 1997.
Tại Bồ Đào Nha năm 1966 cầu treo dây võng 25 de Abrill được thiết kế cho tải
trọng xe lửa và ô tô với nhịp chính 1013m. Đến năm 1998 ở Đan Mạch cầu Great Belt
East với nhịp chính 1624m với dạng dầm hộp và đứng thứ 2 Thế Giới hiện nay. Còn ở
Nhật Bản cầu Honshu Shikoku hoàn thành năm 1973 với nhịp giữa là 712m. Năm

1983 cầu Innoshima với nhịp chính 770m, năm 1985 cầu Ohnaruto có nhịp chính
876m, dùng cho xe lửa. Ngồi ra cầu Minami Bisan nhịp chính 1100m, cầu Kita Bisan
Seto với nhịp chính 990m, cầu Shimotsui Sento nhịp chính 910m, cầu Akashi Kaikyo
hồn thành 1998 với nhịp chính 1991m. tại Thổ Nhĩ Kỳ năm 1973 xây dựng cầu
Bosporus với nhịp chính 1074m, cầu Fail sulta mehmet với nhịp chính 1090m dùng
dây treo thẳng đứng thay cho các dây treo chéo. Tại Trung Quốc có cầu Tsing Ma
Hồng Kơng cho xe lửa và ô tô đi chung với nhịp chính 1377m hồn thành năm 1997,
cầu Jing Jin Yangtze với nhịp chính 1385m là hai cầu treo sử dụng dầm hộp cứng và
tháp chính bằng bê tơng.


6
Bảng 1.1. Kích thước các cầu treo dây võng nhịp lớn trên thế giới
STT

TÊN
CẦU

HÌNH ẢNH

TÊN
NƯỚC

NĂM HỒN
THÀNH

CHIỀU DÀI
CÁC NHỊP

LOẠI

GHI
CHÚ

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

1

Akashi
Kaikyo

Nhật Bản

1998

960+1991+960

3 nhịp 2
chốt

Đan Mạch

1998

535+1624+535 Liên tục

2

Great Belt
East

3 nhịp 2

3

Humber

Anh

1981

280+1410+530

4

Jing Yin

Yangtze

Trung
Quốc

1999

336,5+1385+3
Nhịp đơn
09,34

Mỹ

1964

5

Verrazano
Narrows

chốt

370,3+1298,5+ 3 nhịp 2
370,3

chốt

Đường
6

Tsing Ma

7

Golden
Gate

Trung
Quốc

Mỹ

1997

455+1377+300 Liên tục

1937

342,9+1280,2+ 3 nhịp 2
342,9
chốt

bộ và
đường
xe lửa


7
STT

TÊN
CẦU

HÌNH ẢNH

TÊN
NƯỚC

NĂM HỒN
THÀNH

CHIỀU DÀI
CÁC NHỊP

LOẠI

GHI
CHÚ

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

8

Hoga
kusten

Thủy Điển

1997

310+1210+280

3 nhịp 2
chốt

9

Mackinac

Mỹ

1957

10

Mianami

Bisan-

548,6+1158,2+ 3 nhịp 2
548,6

chốt

Nhật bản

1988

274+1100+274 Liên tục

Thổ Nhĩ
Kỳ

1988

210+1090+210 Nhịp đơn

1973

231+1074+255 Nhịp đơn

Seto

Fatih
11

Sultan

Mehmet

12

Bosphorus

13

George
Washingt

Thổ Nhĩ
Kỳ

Mỹ

1931

Nhật bản

1999

on

185,9+1066,8+ 3 nhịp 2
198,1

chốt

Kurushim

14

a Kaikyo
3

260+1030+280 Nhịp đơn

Đường
bộ và
đường
xe lửa


8
STT

TÊN
CẦU

HÌNH ẢNH

TÊN
NƯỚC

NĂM HỒN
THÀNH

CHIỀU DÀI
CÁC NHỊP

LOẠI

GHI
CHÚ

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

Nhật bản

1999

250+1020+245

2 nhịp 2
chốt

Kurushim
15

a Kaikyo
2

16

17

25 de

Bổ Đào

Abril

Nha

Forth
Road

1966

Anh

1964

18

Kita Bisan

Seto

Nhật bản

1988

19

Severn

Anh

1966

20

21

Shimotsui
-Seto

Xi Ling
Yangtze

Nhật bản

1988

483,4+1012,9+
483,4

Liên tục

408,4+1005,8+ 3 nhịp 2
408,4

chốt

274+990+274

Liên tục

304,8+987,6+3 3 nhịp 2
04,8

chốt

Nhịp đơn
230+940+230 có mút
thừa

Trung
Quốc

1997

225+900+255 Nhịp đơn

Đường
bộ và

đường
xe lửa


9
STT

TÊN
CẦU

HÌNH ẢNH

TÊN
NƯỚC

NĂM HỒN
THÀNH

CHIỀU DÀI
CÁC NHỊP

LOẠI

GHI
CHÚ

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

22

Hu Men
Zhu Jiang

Trung
Quốc

1997

23

Ohnaruto

Nhật bản

1985

302+888+348.
Nhịp đơn
5

93+330+876+3 3 nhịp 2
30

chốt

Đường
bộ và
đường
xe lửa

24

Tacoma
Narrows 2

Mỹ

1950

335.3+835.4+3 3 nhịp 2
35.3

chốt

25

AsKoy

Na Uy

1992

173+850+173 Nhịp đơn

26

Innoshima

Nhật bản

1993

250+770+250

27

Akinada

Nhật bản

2000

255+750+170

28

Hakucho

Nhật bản

1998

330+720+330

3 nhịp 2
chốt

3 nhịp 2
chốt

3 nhịp 2
chốt


10
STT

TÊN
CẦU

HÌNH ẢNH

TÊN
NƯỚC

NĂM HỒN

THÀNH

CHIỀU DÀI
CÁC NHỊP

LOẠI

GHI
CHÚ

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

29

Agostura

Venezuela

1967

280+712+280

3 nhịp 2
chốt

Mỹ

1936

30

San
Francisco
- Oakland

356.9+704.1+3 3 nhịp 2
53.6

chốt

Bay

(Nguồn: Wikipedia)
1.1.3. Sự phát triển của cầu treo dây võng ở Việt Nam
Ở nước ta trong những năm chiến tranh, cầu cống bị đánh phá nhiều và để phục
vụ kịp thời cho tiền tuyến nên cần khôi lại những cây cầu bị phá hoại. Khi đó việc xây

dựng cầu treo, cầu cáp là giải pháp nhanh và hợp lý nhất. Cho đến ngày nay, cầu treo
dây võng luôn giữ một vị trí quan trọng trong giao thơng miền núi, phục vụ đắc lực
cho công cuộc phát triển kinh tế vùng sâu, vùng xa ở nước ta. Những vị trí vượt sơng
lớn và u cầu thơng thuyền lớn thì việc xây dựng cầu treo sẽ có ưu điểm là ít làm xáo
trộn chế độ dịng chảy tự nhiên của sơng, mang lại hiệu quả thiết thực về kinh tế kỹ
thuật. Hơn nữa cầu treo luôn tạo được dáng và vẻ đẹp và là điểm nhấn giữa các khu
vực đô thị lớn.
Năm 1965 đến 1975 ở nước ta chủ yếu xây dựng loại cầu cáp khơng cổng chỉ
có 1 hệ dây khẩu độ từ 80-:-120m, cịn cầu cáp có cổng áp dụng cho khẩu độ 120-:200m. Vào năm 1965-1966 đã xây dựng các cầu như: Cầu Sông Lô khẩu độ 120m, cầu
Kỳ Cùng khẩu độ 120m, năm 1967 cầu cáp Việt Trì khẩu độ 225m, cầu Đuống khẩu
độ 190m. Năm 1969 xây dựng cầu Đò Quan (Nam Định) khẩu độ 190m, với sơ đồ cáp
chủ bắt chéo 2 dây.Sau thời kỳ này hàng loạt cầu treo dầm cứng như cầu Bảo Nhai
khẩu độ 140m, cầu Hang Tôm khẩu độ 140m, cầu Cốc Pài khẩu độ 100m, cầu treo
Cửa Rào khẩu độ 130m. Đến năm 2003 xây cầu Thuận Phước Đà Nẵng cho đến năm
2009 là hoàn thành và là cây cầu treo dây võng dài nhất Việt Nam với phần nhịp chính
3 nhịp 125+405+125 m, khẩu độ nhịp dây võng lớn nhất 405m ( khoảng cách 2 trụ
tháp). Cầu treo Cẩm Lương Thanh Hóa 3 nhịp 35+140+35, nhịp chính 140 m khổ cầu
2.5+2x0.3 m.


11
Bảng 1.2. Kích thước các cầu treo dây võng tại Việt Nam
Hình ảnh

Tải
trọng
thiết kế

L biên
(m)

L nhịp
chính
(m)

Dầm mặt
cầu

Khổ
cầu

Khoảng
cách tim
cụm cáp
chủ

TT

Tên cầu

1

Bến Tắt
(Quảng
Trị)

Đồn xe
H10

30x2

100

5I 360

4

6

2

Bảo
Nhai
(Lào cai)

1 xe
10,4T
+ Rơ
móoc
4,8T

50x2

140

4I 450

4

6

3

Nầm
(Hà
Tĩnh)

1 xe 10T

30x2

120

6I 280

4

6

4

Chợ
Bộng
(Hà
Tĩnh)

Đồn xe
H13

30x2

120

10I 180

4

6

5

Địa Lợi
(Hà
Tĩnh)

1 xe 16,9
T

52x2

130

10I 230

4

6

6

Cửa Rào
(Nghệ
An)

1 xe 18 T

23x2

100

3I 450+ 4I
200

4

5,6

7

Cốc Pài
(Hà
Giang)

1 xe 8 T
+
Rơ móoc
4,8T

25x2

140

6I 300

4

6

8

Cầu treo
dây võng
Thuận
Phước

đồn xe
H10,
kiểm
toán X60

125x2

405

Dầm hộp
thép

18

19

12
Một số mặt cắt ngang điển hình của cầu treo dây võng trên Thế Giới

Hình 1.1. Mặt cắt ngang cầu Severn

Hình 1.2. Mặt cắt ngang cầu Tsing Ma

Hình 1.3. Mặt cắt ngang cầu Akashi Kaikyo

Hình 1.4. Mặt cắt ngang cầu Messina Straits