CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN KẾT CẤU DÂY VĂNG HAI NHNP. Tình hình ứng dụng kết cấu cầu treo dây văng hai nhịp trên thế giới: Cầu dây văng (CDV) là dạng công trình cầu có chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, mỹ quan tốt. CDV đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới và nước ta.
CDV có khả năng vượt nhịp lớn, kết cấu hiện đại, hình dáng kiến trúc đẹp, có qui mô xây dựng lớn với trình độ công nghệ cao. CDV được phát triển, hoàn thiện trên cơ sở hệ dàn dây Gisclard theo hướng tạo một hệ bất biến hình gồm các dây văng chịu kéo và dầm cứng chịu uốn. Chiếc cầu dây văng hai nhịp đầu tiên trên thế giới là cầu Severins Bridge in Köln với kết cấu là tháp chữ A, hai mặt phẳng dây, sơ đồ cáp là sơ đồ quạt. Hai chiếc cầu bố trí dạng nhiều cáp đầu tiên là Friedrich Ebert và Rees.
Cầu Mannheim-Ludwigshafen thì sử dụng kết cấu nhịp như sau: nhịp chính thép và nhịp biên bê tông, điều này giảm được lực neo tại nhịp biên vào mố. Trên thế giới, CDV hai nhịp được áp dụng nhiều vào những thập kỷ 1960-1970 cho các cầu vượt qua đường, qua sông không lớn lắm. Các phương án cầu hai nhịp được chọn chủ yếu là do điều kiện địa chất, địa hình hoặc do yếu tố mỹ quan quyết định. Các cầu qua sông Rhin ở Dusseldorft là ví dụ điển hình.
Ngoài ra sơ đồ CDV hai nhịp ở Bratislava - Slovakia (Hình 1.1) được xây dựng trên một con sông bên lề thành phố, tháp cầu được bố trí về phía ngoại ô, nơi có ít công trình xây dựng, để làm đối trọng cân bằng với các khối nhà cao tầng ở trung tâm. Hơn nữa tháp cầu lại bố trí nghiêng về phía bờ tạo cảm giác khoẻ mạnh của một người kéo lưới. Trên tháp còn bố trí một quán ăn vừa gây ấn tượng, vừa tạo được một phần đối trọng cho phần tĩnh tải ở nhịp chính.1 : CÇu Bratislava ( Slovakia ) H×nh 1.2 : CÇu Anamillo ( TBN ) Chuyeân ngaønh : Xaây Döïng Caàu Ñöôøng Trang 6 Luaän Vaên Thaïc Só Cầu dây văng hai nhịp không chỉ là công trình giao thông đơn thuần mà còn là nơi thu hút, tập trung trí tuệ của các nhà khoa học, kiến trúc sư để tạo dựng được các công trình thể hiện bản sắc kiến trúc độc đáo cho từng khu vực. Ví dụ cầu Alamino - Tây Ban Nha (Hình 1.2) bố trí tháp nghiêng 320 tạo dáng mũi tên đã gây được ấn tượng sâu sắc về hình dáng độc đáo.
CDV hai nhịp được xây dựng khá phổ biến trên thế giới, Bảng 1.1 giới thiệu một số CDV hai nhịp đã xây dựng trên Thế giới và Bảng 1.2 giới thiệu 10 CDV hai nhịp có nhịp chính dài hơn 300m đã xây dựng.1 Các cầu dây văng hai nhịp trên thế giới Thoâng soá cô baûn Teân caàu- Naêm hoaøn thaønh- Ñòa Nhòp Daàm chính Truï thaùp STT ñieåm Chieàu daøi Toång chieàu Toång Cao Roäng Cao nhòp chính- daøi hai nhòp chieàu daøi Loaïi thaùp (m) (m) (m) nhòp bieân(m) daây vaêng(m) caàu(m) 1 Lipon Risteyssilta – 2001 -Phaàn Lan 70-43 113 113 11.5 40 coät 2 Laibin – 1981 – Trung Quoác 96-48 144 398 3.6 27 H 3 Shinno – 1963 - Nhaät 80-80 160 160 10 21 H 4 Shin – 1999 - Nhaät 105-65 170 170 2 40 5 Antalya – 2007 – Thoå Nhó Kì 101+101 202 202 13.7 40 Y ngöôïc 6 Saint-Florent-le-Vieil – 1965 - Phaùp 104-104 208 208 2.92- 7 Bridge of the Isles – 1993 - Nepal 104.7 51 A 8 Ben-Ahin – 1987 - Bæ 168-42 210 341 2.5 Y ngöôïc 9 Lanaye – 1982 - Bæ 177-55 232 232 13.4 Y ngöôïc 10 Esai – 1977 - Nhaät 144-90 234 234 2.5- 12 Tempisque Ri– 2003 – Costa Rica 90+170 260 3 13.3 65 H 13 Victor Boson – 1993 - Luxemburge 130+130 260 260 14 Batman – 1968 - UÙc 215-50 265 432.2 16 Voest Bridge – 1972 - AÙo 215-72 287 407 3.8 6 17 Suigo Bridge – 1975 - Nhaät 179-112 291 532.23- 19 New Hoechst – 1972 – Ñöùc 146.8- 20 Wandre Bridge – 1989 - Bæ 168-144 312 527.7 33 5 A Chuyeân ngaønh : Xaây Döïng Caàu Ñöôøng Trang 7 Luaän Vaên Thaïc Só 22 Huangshan Taiping – 1966 – TQ 190-190 380 3.6 23 Shin Inagawa – 1997 - Nhaät 201.7 400 400 Y ngöôïc Bảng 1.2 Mười cầu dây văng hai nhịp có nhịp chính dài hơn 300m. Thoâng soá cô baûn Nhòp Daàm chính Truï thaùp STT Teân caàu- Naêm hoaøn thaønh- Ñòa ñieåm Toång Chieàu daøi nhòp Chieàu daøi chieàu Cao Roäng Cao( Loaïi bieân-nhòp nhòp chính daøi (m) (m) m) thaùp chính(m) (m) caàu(m) Khung 1 Surgut – 2000 - Nga 148 - 408 408 2070 15.2 146 coät 2 Huangpu-2 – 2008 – Trung Quốc 383 561.7 160 4 Kao – Ping – Shi – 2000 – Đài Loan 180-330 330 3.5 Y ngöôïc 5 Karnali – 1993 - Nepal 175-325 325 500 H 6 Kniebrucke – 1969 – Đức 320 561.10 2 cột đơn 7 Daugave – 1981 - Latvia 312 2.7 51 8 Greenland – 1996 – Na Uy 305 11.53 166 H 9 Dubrovacka Most – 2002 - Croatia 304 Y ngöôïc 10 Novy Most – 1972 - Slovakia 303 1. Khả năng phát triển kết cấu cầu treo dây văng hai nhịp ở Việt Nam: Ở Việt Nam cây CDV được xây dựng đầu tiên vào năm 1976 bắc qua sông Đak'rông ở Quảng Trị. Trong một thời gian dài chúng ta chưa có điều kiện xây dựng thêm các công trình dạng này.
Vài năm gần đây cùng với sự chuyển giao công nghệ, kỹ thuật xây dựng cầu tiên tiến từ nước ngoài, ở nước ta một số CDV nhịp lớn đã được xây dựng như cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long), cầu Kiền (Hải Phòng), cầu Bính (Hải Phòng), hiện vừa xây dựng xong cầu Rạch Miễu (Bến Tre), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Cần Thơ (Cần Thơ). Nhưng phần lớn các công trình trên đều là CDV ba nhịp, CDV hai nhịp Việt Nam tính đến nay chỉ có Cầu Rào II, cầu Dackrong, cầu Sông Hàn. Chưa có cầu dây văng hai nhịp nào được xây dựng thêm. Tại Việt Nam, cầu sông Hàn (Đà Nẵng) là CDV 2 nhịp có tháp cầu cứng quay được là một biểu tượng đặc trưng của Thành phố Đà Nẵng.3) Chuyeân ngaønh : Xaây Döïng Caàu Ñöôøng Trang 8 Luaän Vaên Thaïc Só Hình 1.3: Cầu Sông Hàn – Đà Nẵng Bảng 1.3 giới thiệu các cầu dây văng hai nhịp được xây dựng ở Việt nam.3 Các cầu dây văng hai nhịp đã xây dựng ở Việt nam Thoâng soá cô baûn STT Teân caàu Nhòp Daàm chính Truï thaùp Chieàu daøi nhòp Loaïi Toàng chieàu daøi cao roäng cao chính – nhòp bieân thaùp 1 Dackrong 87+42 151 1.5 35 Chöõ H Chöõ Y 3 Soâng Haøn 200+200 680.5 149 ngöôïc Nhiều năm nay, CDV là đối tượng nghiên cứu về lý thuyết và thực hành của các trường đại học Bách khoa, Giao thông vận tải, Xây dựng.
và các viện nghiên cứu, các Tổng công ty xây dựng ở nước ta, nhằm tiếp cận với công nghệ xây dựng cầu mới trên thế giới, vì vậy nghiên cứu công nghệ, phân tích về lý thuyết và khả năng ứng dụng của CDV hai nhịp là cần thiết. Chuyeân ngaønh : Xaây Döïng Caàu Ñöôøng Trang 9 Luaän Vaên Thaïc Só CHƯƠNG 2. PHÂN LOẠI VÀ CƠ CHẾ CHNU LỰC CẦU DÂY VĂNG HAI NHNP 2. PHÂN LOẠI CẦU DÂY VĂNG HAI NHNP: 2.
Phân loại theo sơ đồ bố trí dây: CDV là một hệ liên hợp giữa dầm cứng và các dây văng, mà sơ đồ và sự phân bố dây trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của cầu. Sơ đồ dây đồng quy: Sơ đồ dây đồng quy là sơ đồ có các dây văng quy tụ tại một nút cố định trên tháp cầu, từ đó các dây toả xuống neo và dầm cứng tại một điểm, tạo thành các gối đàn hồi của dầm liên tục.1: Sơ đồ dây đồng quy Hình 2.2 : Cầu Donaustadtbrucke ( Áo ) - Sơ đồ dây đồng quy Chuyeân ngaønh : Xaây Döïng Caàu Ñöôøng Trang 10 Luaän Vaên Thaïc Só Trong sơ đồ dây đồng quy, các dây được liên kết cố định tại nút trên đỉnh tháp cầu nên các đặc điểm thuận lợi của sơ đồ này là: Nội lực trong dây thông qua nút và dây neo truyền vào mố trụ và dầm cứng, do đó hệ có độ cứng lớn. Lực ngang gây ra bởi cáp trong dầm thì nhỏ, do đó lực dọc trong dầm thường có giá trị nhỏ hơn so với sơ đồ dây song song. Uốn dọc của tháp cầu thì vừa phải.
Dây neo cường độ cao neo vào mố hoặc trụ đầu tiên sẽ giảm bớt biến dạng của trụ tháp và kết cấu dầm cứng. Về kết cấu thì sơ đồ bố trí dây này tốt nhất vì các dây có độ dốc lớn nhất, nó phát huy tốt nhất lực gối thẳng đứng và do đó đường kính cáp văng là nhỏ nhất. Tuy vậy, vị trí dây cáp gần tháp tháp có độ dốc đứng hơn do đó có thể giảm độ cứng liên kết phương ngang của tháp và dầm cứng, vì liên kết này được coi là bất lợi. Do đó sơ đồ dây đồng quy được sử dụng phổ biến và hiệu quả cho các cầu dây ít, khoang lớn, khi đó cấu tạo nút dây trên đỉnh tháp cầu không phức tạp.
Ngoài ra trong các cầu tháp cứng, hoặc bố trí dây không đối xứng cũng thường dùng sơ đồ đồng quy. Sơ đồ dây song song : H Hình 2.3: Sơ đồ dây song song Chuyeân ngaønh : Xaây Döïng Caàu Ñöôøng Trang 11 Luaän Vaên Thaïc Só Hình 2.4 : Cầu Oberkassen (Đức)- Sơ đồ dây song song Trong sơ đồ dây song song, các dây văng ở mỗi bên tháp cầu song song với nhau, phân bố cách đều trên tháp cầu và neo vào các điểm neo trên dầm chủ. Như vậy tại mỗi nút chỉ tập trung nhiều nhất hai dây nên cấu tạo đơn giản. Về mặt kiến trúc, do các dây song song nên tại mọi góc nhìn đều cảm nhận được đường nét song song và cách đều trong khi ở các hệ khác các dây giao cắt nhau theo đường lộn xộn.4) Với sơ đồ dây song song thì nhược điểm là gây mo men uốn trong trụ tháp, gây ra mo men uốn trong dầm lớn hơn so với các sơ đồ dây khác, trụ tháp với sơ đồ song song thường cần có độ cứng lớn để chống lại biến dạng của mặt cầu.
Sơ đồ dây rẽ quạt : H Hình 2.5: Sơ đồ dây rẽ quạt Chuyeân ngaønh : Xaây Döïng Caàu Ñöôøng Trang 12 Luaän Vaên Thaïc Só Hình 2.