CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG. GIỚI THIỆU CẦU TREO DÂY VÕNG. Giới thiệu sự phát triển cầu treo dây võng trên thế giới.
Sự phát triển cầu treo dây võng ở Việt Nam. CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG. Cấu tạo các bộ phận chính của cầu treo dây võng. Trụ tháp cầu:.
Các dạng mặt cắt ngang dầm chính:. Bộ phận neo cáp chủ:. Cáp dùng cho dây võng. PHÂN LOẠI CẦU TREO DÂY VÕNG.
Phân loại theo số lượng nhịp. Phân loại theo sự phân bố dây treo. Phân loại theo số mặt phẳng dây:. KẾT CẤU TRỤ THÁP TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG.
CẤU TẠO TRỤ THÁP CẦU. PHÂN TÍCH KẾT CẤU TRỤ THÁP. THI CÔNG TRỤ THÁP :. THỐNG KÊ CHIỀU CAO TRỤ THÁP.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VÕNG. GIỚI THIỆU CHUNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VÕNG:. TÍNH TOÁN CẦU TREO THEO SƠ ĐỒ BIẾN DẠNG. Tính toán cầu treo theo phương trình lực.
Tính toán cầu treo theo phương trình chuyển vị. Phương pháp phần tử hữu hạn. Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Khả năng ứng dụng PTHH trong tính toán kết cấu.
MỘT SỐ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP PTHH. Phần mềm SAP2000. Phần mềm MIDAS/Civil. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG PHẦN MỀM MIDAS.
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG. LỰA CHỌN CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU. Sơ đồ nhịp sử dụng:. Các trường hợp chiều cao trụ tháp cầu nghiên cứu:.
Thông số vật liệu và kích thước hình học của các bộ phận kết cấu:. Kích thước hình học các bộ phận:. Các trường hợp tải trọng nghiên cứu:. Tải trọng tập trung:.
Tải trọng HL93:. CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN:. Mô hình biến dạng lớn. Mô hình biến dạng nhỏ.
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THEO MÔ HÌNH BIẾN DẠNG LỚN:. Ảnh hưởng đến phân bố nội lực. Nội lực trong trụ tháp. Nội lực trong cáp chủ.
Ảnh hưởng đến biến dạng. Biến dạng trong trụ tháp. Biến dạng trong cáp chủ. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THEO MÔ HÌNH BIẾN DẠNG NHỎ.
Ảnh hưởng đến phân bố nội lực. Nội lực trong dầm chủ. Trường hợp tải trọng bản thân. Trường hợp tải trọng tập trung.
Trường hợp tải trọng HL93. Nội lực trong trụ tháp. Trường hợp tải trọng bản thân. Trường hợp tải trọng tập trung.
Trường hợp tải trọng HL93. Nội lực trong dây treo và cáp chủ. Trường hợp tải trọng bản thân. Trường hợp tải trọng tập trung.
Trường hợp tải trọng HL93. Ảnh hưởng đến biến dạng. Biến dạng trong dầm chủ. Trường hợp tải trọng bản thân.
Trường hợp tải trọng tập trung. Trường hợp tải trọng HL93. Biến dạng trong trụ tháp. Trường hợp tải trọng bản thân.
Trường hợp tải trọng tập trung. Trường hợp tải trọng HL93. Biến dạng trong dây treo và cáp chủ. Trường hợp tải trọng bản thân.
Trường hợp tải trọng tập trung. Trường hợp tải trọng HL93. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP.
TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1. Giới thiệu cầu treo dây võng 1. Giới thiệu sự phát triển cầu treo dây võng trên thế giới Cầu treo dây võng là loại cầu trong đó bộ phận chịu lực chính là dây cáp, do đó nó tận dụng được tối đa sự làm việc của vật liệu. Do ưu điểm này nên cầu treo dây võng vượt được khẩu độ rất lớn mà các loại kết cấu khác không làm được kể cả cầu dây văng.
Hiện nay, cầu treo dây võng được coi là loại cầu đẹp, nhẹ và chịu lực tốt, được áp dụng phổ biến trên thế giới cho các cầu nhịp lớn. Trong lịch sử phát triển cầu, cầu treo dây võng là một loại cầu có lịch sử phát triển lâu đời. Cầu treo dây võng với cáp treo bằng xích sắt đã được xây dựng ở Trung Quốc cách nay khoảng 2000 năm, một chiếc tương tự cũng được xây dựng tại Ấn Độ. Nguồn gốc ra đời của cầu treo dây võng ở Phương Đông nhưng lại xuất hiện ở Châu Âu vào thế kỷ 16 và nó thực sự bùng nổ khi nền công nghệ luyện thép phát triển mạnh vào thế kỷ 19.
Cho đến nay 20 chiếc cầu có nhịp chính lớn nhất trên thế giới vẫn là cầu treo dây võng. Vào thế kỷ 18, với sự phát triển của kết cấu cầu và các sản phẩm ứng dụng công nghệ luyện thép, cầu Jacobs Creek được xây dựng vào năm 1801 với nhịp chính dài 21.3m bởi công trình sư Finley tại Mỹ. Chiếc cầu dùng cho xe ô tô xưa nhất hiện nay là cầu Clifton ở Anh (hình 1.1) được xây dựng vào năm 1831 và hoàn thành vào năm 1864, đây là chiếc cầu với cáp chủ có dạng xích sắt. Cầu Clifton - Anh -4- Theo thời gian cùng với sự phát triển của máy tính điện tử cũng như công nghệ máy móc thi công, vật liệu xây dựng và trình độ khoa học kỹ thuật xây dựng cầu treo dây võng càng ngày càng vượt được nhịp lớn.
Một số cầu treo dây võng có nhịp >1000m trên thế giới được thống kê trong bảng 1.1 như sau: Bảng 1.1 Cầu treo dây võng có chiều dài nhịp chính>100 m Chiều dài Năm hoàn STT Tên cầu Quốc gia nhịp chính (m) thành 1 Akashi Kaikyo Nhật 1991 1998 2 Great Belt Đan Mạch 1624 1998 3 Runyang Trung Quốc 1490 2005 4 Humber Anh 1410 1981 5 Jiangyin Trung Quốc 1385 1999 6 Tsing Ma Hồng Kông 1377 1997 7 Verrazano Narrow Mỹ 1298 1964 8 Golden Gate Mỹ 1280 1937 9 Hoga Kustenborn Thụy Điển 1210 1997 10 Mackinac Mỹ 1158 1957 11 Minami Bisan Seto Nhật 1118 1988 12 Fatih Sultan Mehmet Thổ Nhĩ Kỳ 1090 1988 13 Bogazici Thổ Nhĩ Kỳ 1074 1973 14 George Washington Mỹ 1067 1931 15 3rd Kurushima Kaikyo Nhật 1030 1999 16 2nd Kurushima Kaikyo Nhật 1020 1999 17 Ponte 25 de Abril Bồ Đào Nha 1013 1966 18 Forth Road Anh 1006 1964 Về phương diện thẩm mỹ, một số cầu được coi biểu tượng cho cả một vùng, cả một quốc gia như : cầu Golden Gate (hình1.2) , cầu Mackinac của Mỹ, cầu Tsing Ma của Hồng Kông, cầu JangYin (hình 1.3) của Trung Quốc… -5- 336,5 1 385 309,3 343 1 280 343 Hình 1. Cầu Golden Gate Hình 1. Cầu JangYin Hiện nay, cầu treo Akashi Kaikyo – Nhật Bản (hình 1.4) là cây cầu được hoàn thành có nhịp chính dài nhất trên thế giới được khởi công vào tháng 5/1988, việc xây dựng kéo dài trong 10 năm, chiều dài nhịp chính 960+1991+960m = 3911 m. Cầu nằm giữa Bắc Maiko ( ở Shikoku ) và Nam Matsuho ( ở Awaji ),hai bên là cầu dẫn bằng bê tông.
Cầu Akashi Kaikyo -6- Kế đến là cầu Great Belt East (hình 1.5) nhịp chính dài 1624m được khánh thành ngày 14/06/1998 ở Đan Mạch. Cầu Great Belt East Bước vào thiên niên kỷ mới, một vài cầu nhịp lớn sẽ được xây dựng. Có thể kể đến một số cầu lớn sẽ được xây dựng trong tương lai như: § Bắc qua eo biển Messina nối đảo Sicily với đất liền nước Ý đó là cầu treo dây võng Messina Strait. Toàn bộ chiều dài của cây cầu là vào khoảng 5,07km (hình 1.8), nhịp chính khoảng 3.
Bắt đầu xây dựng từ năm 2006 và dự kiến hoàn thành vào năm 2012. Khi đi vào hoạt động dự tính sẽ phục vụ tới 4.500 ôtô mỗi giờ và 200 chuyến tàu mỗi ngày. - Phối cảnh cầu Messina Strait -7- Hình 1. - Phối cảnh cầu Messina Strait Hình 1.
- Phác họa so sánh kích thước, khẩu độ giữa cầu Messina Strait (Italia) và cầu Golden Gate (Mỹ) § Băng qua eo biển Tsugaru, Nhật Bản: một cây cầu kết hợp vừa cầu treo dây võng vừa cầu treo dây văng với 2 nhịp chính liên tiếp nhau khoảng 4 km. -8- § Băng qua eo biển Gibraltar giữa Tây Ban Nha và Marốc: với hai phương án được kiến nghị, cầu dây võng với 2 nhịp chính 5 km, hoặc cầu treo dây văng có nhịp chính đầy ấn tượng 8. Sự ra đời và phát triển cầu dây võng trên thế giới không còn đơn thuần là đáp ứng giao thông mà còn trở thành mục tiêu và thách thức với các nhà khoa học làm sao có được một chiếc cầu không những mang lại nét đặc trưng riêng độc đáo về kết cấu, kiến trúc mà còn đạt kỷ lục về chiều dài nhịp. Sự phát triển cầu treo dây võng ở Việt Nam Với một đất nước có bề dày lịch sử, trải qua bao nhiêu thăng trầm thì công nghệ thiết kế và thi công cầu ở Việt Nam còn rất ít kinh nghiệm và non trẻ.
Lịch sử phát triển xây dựng cầu ở Việt Nam cũng gắn liền với quá trình lịch sử, từ những năm 1965 đã xuất hiện loại kết cấu cầu treo do tác đảm bảo giao thông trong cuộc chiến tranh chống Mỹ cứu nước đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu các biện pháp vượt sông bằng hệ cáp treo. Từ đó các sản phẩm cầu treo được ra đời như Cầu Cáp Vĩnh Tuy (Hà Giang), Đoan Vỹ (Nam Hà) năm 1965-1968, Cầu cáp Đoan Hùng (Vĩnh Phú) khẩu độ 104m năm 1966,…[3] Cho đến nay, với trình độ kỹ thuật ngày càng được cải tiến không ngừng cùng với việc chuyển giao công nghệ từ nước ngoài, bên cạnh các loại cầu giản đơn, liên tục thuần túy thì một số giải pháp cầu treo dây võng đã được nghiên cứu từng bước đưa vào ứng dụng, cụ thể như cầu treo có quy mô tương đối lớn đã được triển khai xây dựng đó là cầu treo Thuận Phước (hình 1. Cầu được thiết kế với quy mô khẩu độ lớn, hiện đại, mang tính thẩm mỹ cao. Cầu có 2 trụ tháp cao 92m, cách nhau 405m, tĩnh không thông thuyền 27m, kết cấu với dầm hộp thép hợp kim suốt toàn bộ nhịp treo dài 650m, chế tạo bằng công nghệ dầm tăng cứng theo tiêu chuẩn quốc tế.
Tổng chiều dài cầu 1856m, trong đó cầu chính dài 650m được thi công theo kết cấu cầu dây võng (dài hơn cầu Mỹ Thuận), rộng 18m cho 4 làn xe lưu thông, tải trọng 13 tấn với tổng kinh phí xây dựng hơn 587 tỷ đồng. Đây là cây cầu hiện đại mang tính nghệ thuật cao, được xem như cầu treo dây võng có khẩu độ lớn nhất -9- nước ta cho đến nay. Phần nhịp chính: - Chiều dài nhịp: 120x405x120m - nhịp kỷ lục về cầu dây võng ở nước ta. - Kết cấu dầm: dầm thép.
- Trụ tháp: kết cấu BTCT, cao 92m; móng cọc khoan nhồi D2500, sâu khoảng 64m. - Mố neo cáp: giếng chìm. SÔ ÑOÀ CAÀU THUAÄN PHÖÔÙC ELEVATION MOÁ 1 MOÁ 2 Hình 1. Phối cảnh cầu Thuận Phước -10- 1.
