Mở đầu • Kết cấu dây là hệ kết cấu được cấu tạo từ những dây mềm, chỉ chịu kéo, bỏ qua khả năng chịu uốn của dây. Các dạng kết cấu dây bao gồm dây tải điện, dây văng, cầu dây các loại và mái treo. Kết cấu dây còn được dùng liên hợp với các hệ kết cấu cứng khác như: dầm, dàn hoặc tấm tạo nên hệ kết cấu liên hợp như mái treo dầm cứng, cầu dây văng.Cáp dùng trong kết cấu dây có loại, có cường độ gấp sáu lần nhưng giá thành chế tạo chỉ đắt hơn hai lần thép xây dựng thông thường • Trong thời kì mở cửa và hội nhập, kết cấu dây treo đã và đang góp phần quan trọng vào các công trình tải điện, công trình giao thông, công trình kiến trúc( mái che các công trình nhịp lớn như sân Sân vận động Olympic Munich nằm ở München, Đức. vận động nhà triển lãm, nhà ga.
Lịch sử hình thành và phát triển của kết cấu dây treo • Kết cấu treo hay kết cấu chịu Các túp lều cổ trên (a,b) và Yurt(c) ở vùng thảo nguyên Sebiria từ 4000 năm trước kéo là một cái tên mới mẻ tuy nhiên kết cấu này đã xuất hiện từ rất lâu đời. Bằng chứng là từ rất lâu trước đây con người đã biết ứng dụng cấu trúc chịu kéo để dựng các túp lều, thuyền buồm, và cả những cây cầu với khoảng vượt bất ngờ (800 feet=243.84m) chỉ từ vật liệu tre và dây thừng. Cột buồm(a) xuất hiện 5000 năm trước, rạp xiếc(b) vào thế kỷ 20, Cầu treo được làm từ dây thừng và tre xuất hiện 4000 năm trước(c) • Tuy nhiên kết cấu chịu kéo chưa bao giờ thực sự phát triển cho đến sau thế chiến thứ II. Có rất nhiều nhà tiên phong đã có những cống hiến và nỗ lực để đóng góp cho sự phát triển Tháp Shabolovaka, Moscow, 1922, Kts.Vladimir Shukhov cho kết cấu này như Kts.Kenzo Tange, Kts.Gunnar Birkers, Kts.Vladimir Shukhov, Kts.
Các thử nghiệm của Iakov Chernikhov với cấu trúc kiến trúc, 1925-1932 Tòa nhà ngân hàng dự trự liên bang ở TP Minneapoliss, tiểu bang Minnesota(Mỹ), 1968-1974, Kts. Các loại kết cấu dây treo • Cấu trúc tuyến tính • Cấu trúc ba chiều • Cấu trúc ứng xuất trước - Mái dây 1 lớp - Vành bánh xe đạp - Mái dây hình yên ngựa - Mái dây 2 lớp - Cấu trúc Tensegrity - Màng căng - Giàn dây - Hỗn hợp dây và thanh cứng II. Mái dây một lớp • Hệ một lớp dây mềm - Dùng cho mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình tròn - Với mặt bằng chữ nhật: hệ gồm dây rồi đều neo chắc vào gối cứng ở hai biên song song với mặt bằng mái, hệ gối này thường là các dầm biên song song với mặt bằng mái. - Với mặt bằng hình tròn; kết cấu gồm các dây chịu lực đặt hướng tâm neo vào vành biên và vành ở trung tâm; vành biên làm bằng bê tông hoặc bề tông cốt thép chịu nén vành trung tâm bằng thép, chịu kéo Hệ một lớp dây mềm ở Kraxnoyarxk - Hệ dây là chỗ tựa cho các lớp mái, các tầm mái liên kết vào dậy và liên kết với nhau.
• Hệ một lớp dây cứng - Dây được làm bằng các thép hình chữ I và được liên kết cố định với hai đầu gối cứng ở hai đầu - Dây cứng làm việc chịu kéo và chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng - Các gối cứng phải đảm bảo liên kết chắc chắn và chịu được lực từ các dây cứng truyền vào - Dây văng cấu trúc tạo ra một yêu cầu cho việc neo đậu của các lực lượng do căng thẳng. Một số trong những giải pháp thường là phản ứng theo chiều dọc và ngang được cung cấp bởi các yếu tố trục nạp - ở cột được sử dụng với các neo mặt đất. Hệ một lớp dây cứng (một nhà hàng ở Italia) 2. Mái dây hai lớp • Lớp dây võng xuống là lớp dây chịu lực gọi là lớp dây chú • Lớp dây vồng lên là lớp dây căng, gọi là lớp dây ổn định, làm tăng độ ổn định hình dạng cho hệ dây, làm cho hệ có độ cứng Mái dây 2 lớp của sân vận động Yubileinui ở Nga và có khả năng chịu được tải trọng đổi chiều.
Để dây căng có đủ khả năng làm việc với dây chủ, lực căng trước trong lớp dây này phải lớn hơn nội lực nén do tải trọng • Nối hai lớp dây trên là các thanh chống cứng chịu nén hoặc chịu kéo • Dây chịu lực cao hơn dây căng — các hệ thanh chịu lực đều chịu kéo tốt • Dây căng cao hơn dây chịu lực tiết kiệm được 1 vành trong hệ thanh chống chịu nên không tốt. Giàn dây Giàn dây của sân vận động Stockholm • Dây dàn cáp là hệ kết cấu dây 2 lớp cải tiến, các thanh cánh dàn dây là dây chủ và dây căng, dây trên và dưới nối nhau bằng hệ dây trung gian (giống thanh bụng), hệ thanh bụng tam giác đó là các dây xiên. • Sơ đồ làm việc của hệ giống như dàn • Yêu cầu: Gối tựa phải lớn và rất cứng • Trong hệ kết cấu dây, dây nào cong xuống thì dây chịu lực -> cáp chịu lực. Hệ dây nào vồng lên là hệ cáp căng • Để hệ dàn dây chịu lực được thì phải căng trước dây dưới, kéo tòan hệ bị căng.
Hỗn hợp dây và thanh cứng Một nhà triển lãm tại triển lãm thế giới • Thường dung cho nhà triển lãm, sân ga máy bay,. năm 1958 ở Brussels • Là dạng đơn giản nhất, làm việc tương tự như consol. Đây là hệ kết cấu mái kết hợp giữa dây và kết cấu cứng. Hệ kết cấu gồm các xà consol và các dây cáp treo các xà này, các dây liên kết chắc vào xà kèo vượt qua đỉnh cột trụ neo vào kết cấu phụ.
• Hệ kết cấu đáp ứng nhu cầu sử dụng không gian rộng lớn và yêu cầu kinh tế của công trình. • Có thể tăng số lượng dây neo và điều chỉnh lực kéo trong chúng có thể giảm tối đa mơmen uốn trong xà hợp lý hơn. • Tải trọng được đặt trên kết cấu cứng • Hệ số giản nở nhiệt độ tương đối lớn. Vì vậy, gối tựa không thể ngàm cứng được mà phải là liên kết khớp.
• Khi căng dây, tải trọng mái đè xuống, làm cho kết cấu bị căng. Mái cong ở trên truyền tải thẳng xuống -> Làm consol ổn định. Vành bánh xe • Dùng thích hợp cho mặt bằng hình tròn, bầu dục, đa giác đều. • Hệ đơn giản nhất: Hệ chỉ 1 lớp dây.
Hệ chịu lực chỉ có một lớp dây. Lúc này các tấm lợp phải đặt dốc hướng vào trong -> Khó thóat nước. • Hệ vỏ hai lớp: Vỏng ngòai vẫn giữ nguyên một lớp, còn vòng trong được tách ra làm đôi.Hệ dây dưới sẽ là hệ chịu lực, hệ dây trên là hệ cáp căng. Vật liệu lợp đặt trên cáp căng và hệ mái dốc thóat nước ra phía ngoài • Có thể tách vòng ngoài thành hai lớp, vòng trong hai lớp, làm hệ dây nối từ tầng trên vòng ngoài nối tầng dưới vòng trong và ngược lại.
Giữa hai hệ này đặt thêm các thanh chống đứng, làm cho cả hệ bị căng. • Trường hợp tách vòng ngoài và vòng trong ra làm đôi, tạp khối Sơ đồ kết cấu mái kiểu vành bánh xe đạp cứng đủ sức chịu lực căng dây. Người ta căng các hệ cáp căng, và nối hai hệ này bằng các thanh chống. Cấu trúc Tensegrity • Cấu trúc Tensegrity là một cấu trúc khung không gian ba chiều ổn định được hình thành từ các dây cáp và thanh chống, trong đó dây cáp nối tiếp nhau liên tục nhưng các thanh chống không chạm với nhau.
Được điêu khắc gia Kenneth Snelson sáng chế năm 1948, và Khối 12 mặt tensegrity được Buckminster Fuller phát triển và lấy bằng sáng chế năm 1961 • Những cấu trúc này ổn định nhờ vào những thanh chống chịu nén được đỡ chịu giữa các bộ dây cáp căng đối nhau. Mái dây hình yên ngựa • Được tạo nên từ hai lớp dây trực giao, neo chắc chắn vào các gối cứng là các vành biên và dầm biên • Lớp dây chủ chịu lực võng xuống • Lớp dây căng (dây vồng lên) đặt trực tiếp lên dây chủ và được căng trước sao cho nội lực trong các dây luôn chịu nén tăng độ cứng, độ ổn định hình dáng, giảm độ võng của mái Sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa • Các tấm mái cứng được liên kết để tạo thành vỏ cứng • Ổn định hình dạng và chuyển vị động học của hệ dây phụ thuộc vào hình dạng của mặt cong. Mặt cong Paraboloid Hyperbolic cho chuyển vị động nhỏ nhất. Màng căng • Cấu trúc màng căng là một màng mỏng, cong hai chiều ngược nhau, được chịu bởi vòng cung hay cột chống chịu nén.
Có thể xem đây là một biến dạng của cấu trúc dây cáp võng hai chiều cong mà khoảng cách giữa các dây cáp nhỏ bằng không và bề mặt Hypar Form là 1 màng liên tục. • Trong cấu trúc màng căng, tấm màng chịu tất cả hoặc một phần lực kéo. Khi khoảng vượt gia tăng, lựu kéo gia tăng, diện tích bề mặt phải được chia nhỏ bởi các dây cáp – chịu tải trọng kéo chủ yếu – và màng căng vượt giữa các dây cáp tựa chịu nén khác nhau. Mái dây một lớp • Hệ một lớp dây mềm - Cấu tạo gồm: + Vành biên BTCT + Vành trung tâm + Dây cáp mềm + Tấm BTCT gối cứng dây cáp cứng • Hệ một lớp dây cứng thanh chống - Cấu tạo gồm: mỏ neo Cấu tạo gồm: + Dây cáp cứng + Thanh chống + Mỏ neo + Gối cứng 2.
Mái dây hai lớp - Cấu tạo gồm: Cấu tạo gồm: + Dây chủ + Dây căng + Thanh chống + Thanh kéo 3. Giàn dây - Cấu tạo gồm: + Panen + Cáp chịu lực & cáp chủ + Cáp căng + Hệ dây trung gian (Giống thanh bụng) + Khung BTCT cột, trụ neo 4. Hỗn hợp dây và thanh cứng - Cấu tạo gồm: Cấu tạo gồm: + Xà consol + Dây căng + Cột, trụ neo + Gối tựa (Liên kết khớp) 5. Vành bánh xe - Cấu tạo gồm: + Giằng + Thanh chống + Dây căng thanh chống 6.
Cấu trúc Tensegrity - Cấu tạo gồm: dây cáp + Dây cáp + Thanh chống 7. Mái dây hình yên ngựa - Cấu tạo gồm: + Dây chủ + Dây căng + Dầm biên & vành biên + Cột cột chống hoặc vòng cung màng mỏng 8. Màng căng dây cáp - Cấu tạo gồm: + Cột chống hoặc vòng cung + Màng mỏng + Dây cáp IV.