I. Tổng quan về cầu vòm mạng lưới
Cầu vòm mạng lưới là một loại kết cấu vòm cứng với các dây treo xiên, được phát triển từ những năm 1950 bởi Giáo sư Per Tveit. Loại cầu này được ứng dụng rộng rãi ở các nước Bắc Âu, Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. Cầu vòm mạng lưới có ưu điểm về tính thẩm mỹ, khả năng chịu lực tốt và giá thành thấp. Các bộ phận chính của cầu bao gồm vòm, dây treo, thanh giằng và hệ kết cấu dưới. Vòm thường được làm bằng thép với tiết diện dạng chữ H, hộp hoặc ống tròn. Hệ dây treo được bố trí tối ưu để phân phối lực đồng đều, giảm mô men uốn trong hệ kết cấu.
1.1. Cấu tạo và vai trò của vòm
Vòm là bộ phận chịu lực chính trong cầu vòm mạng lưới, thường được làm bằng thép với các tiết diện dạng chữ H, hộp hoặc ống tròn. Vòm có vai trò chịu nén và một phần uốn khi dây treo chịu kéo. Tiết diện dạng hộp thường được sử dụng cho các nhịp lớn do khả năng chịu lực và độ cứng tốt hơn. Vòm dạng ống tròn có thể được nhồi bê tông để tăng khả năng chịu lực và ổn định cục bộ.
1.2. Hệ dây treo và thanh giằng
Hệ dây treo trong cầu vòm mạng lưới thường là các thanh thép cường độ cao hoặc bó cáp, chịu kéo và không chịu nén. Việc bố trí dây treo tối ưu giúp phân phối lực đồng đều, giảm mô men uốn trong hệ kết cấu. Thanh giằng ngang được sử dụng để tăng cường độ cứng cầu theo phương ngang, chịu lực gió và lực động đất. Các thanh giằng có thể được bố trí song song hoặc dạng chữ K.
II. Tổng quan về động đất
Động đất là một hiện tượng thiên nhiên gây ra bởi sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo, có thể gây thiệt hại nghiêm trọng đến các công trình xây dựng. Các trận động đất mạnh đã xảy ra trên thế giới như ở Nhật Bản, Mỹ và Việt Nam đều để lại hậu quả nặng nề. Động đất được đo lường bằng các thang đo như thang Richter, thang Medvedev-Sponheuer-Karnik. Việc nghiên cứu động đất giúp đánh giá rủi ro và thiết kế các công trình chịu lực tốt hơn.
2.1. Nguyên nhân và đặc điểm của động đất
Động đất xảy ra do sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo, hoạt động núi lửa hoặc sụp đổ các hầm mỏ. Các đặc điểm chính của động đất bao gồm tần suất, cường độ và thời gian kéo dài. Các trận động đất mạnh thường gây ra sóng địa chấn, làm rung chuyển mặt đất và ảnh hưởng đến các công trình xây dựng.
2.2. Các trận động đất lớn trên thế giới
Một số trận động đất lớn đã xảy ra trên thế giới như trận động đất Kobe (Nhật Bản, 1995), động đất San Francisco (Mỹ, 1906) và động đất Điện Biên Phủ (Việt Nam, 1983). Các trận động đất này đã gây thiệt hại lớn về người và của, đồng thời thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển các kết cấu chịu lực tốt hơn.
III. Phân tích ảnh hưởng độ nghiêng vòm đến cầu vòm mạng lưới
Độ nghiêng vòm là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nội lực và chuyển vị của cầu vòm mạng lưới. Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng vòm từ 70° đến 90° dưới tác dụng của các cấp tải trọng động đất khác nhau. Kết quả phân tích cho thấy, độ nghiêng vòm ảnh hưởng đáng kể đến nội lực trong vòm, dầm chủ và dây treo. Việc lựa chọn góc nghiêng phù hợp giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực của cầu.
3.1. Phương pháp phân tích
Luận văn sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích cầu vòm mạng lưới dưới tác dụng của tải trọng động đất. Các mô hình được xây dựng và tính toán bằng phần mềm Midas, với các góc nghiêng vòm từ 70° đến 90°. Kết quả nội lực và chuyển vị được so sánh để đánh giá ảnh hưởng của độ nghiêng vòm.
3.2. Kết quả và đánh giá
Kết quả phân tích cho thấy, độ nghiêng vòm ảnh hưởng lớn đến nội lực trong vòm và dầm chủ. Góc nghiêng vòm 80° được xem là tối ưu, giúp giảm thiểu nội lực và chuyển vị của cầu. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các cầu vòm mạng lưới ở các vùng có động đất.
