Phân tích đặc điểm ứng xử và thiết kế kết cấu dầm hệ dây nhiều nhịp trong xây dựng cầu hầm

Phân tích đặc điểm ứng xử và xử lý thiết kế kết cấu dầm hệ dây nhiều nhịp trong luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm, đảm bảo hiệu quả kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Văn Đạt
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thạc Quang
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội
• Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm
• Đề tài: Phân tích một số đặc điểm ứng xử và xử lý thiết kế kết cấu dầm hệ dây nhiều nhịp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM HỘ DÂY VÀ HỘ DÂY NHIỀU NHỊP
• 1.1. Giới thiệu chung về kết cấu dầm hộ dây
• 1.2. Sơ lược lịch sử phát triển dầm hộ dây vững
• 1.3. Sơ lược lịch sử phát triển dầm hộ dây văng (cầu treo)
• 1.4. Kết cấu dầm hộ dây nhiều nhịp. Các sơ đồ dầm hộ dây vững và dầm hộ dây vững nhiều nhịp. Các sơ đồ cầu treo và cầu treo nhiều nhịp
• 1.5. Mục đích và phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU DẦM HỘ DÂY NHIỀU NHỊP THEO TIÊU CHUẨN 22TCN 272-05
• 2.1. Cấu tạo dầm chủ cầu hộ dây
• 2.2. Liên kết dầm chủ với dây văng
• 2.3. Các vấn đề thiết kế cấu dầm vững. Các tham số cơ bản của CDV. Mô hình và phân tích kết cấu
• 2.4. Phân tích thiết kế kết cấu dầm hộ dây nhiều nhịp theo 22 TCN-272-05 hoặc AASHTO-LRFD
• 2.5. Tải trọng và tác động. Tải hợp tải trọng
• 2.6. Phân tích giả động – khí động học. Tải trọng giả và các phương pháp phân tích động (trường trượt) cho các tác động thay đổi của lực giả. Các kết quả từ các thí nghiệm hàm giả
• 2.7. Thiết kế chống động đất. Hệ số gia tốc và ảnh hưởng tại công trường. Hệ số điều chỉnh phản ứng. Hệ số giảm chấn. Đánh giá các khả năng hoá lỏng
• 2.8. Điểm đặc biệt cần lưu ý khi thiết kế cấu dầm vững nhiều nhịp
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM ỨNG XỬ VÀ XỬ LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU DẦM HỘ DÂY NHIỀU NHỊP – CẦU NHẬT TÂN
• 3.1. Phân tích một số đặc điểm ứng xử kết cấu dầm hộ dây nhiều nhịp. Khái quát chung về cầu
• 3.2. Một số xử lý thiết kế trong cầu dầm vững nhiều nhịp – cầu Nhật Tân - TP Hà Nội. Xử lý thiết kế dầm biên. Tính toán ứng suất các đoạn lắp ghép
• 3.3. Sơ đồ gối đàn hồi tại các trụ thấp. Cặp nào có chống lại lực nâng gối đầu dầm. Xử lý thiết kế mặt cầu. Thiết kế bản mặt cầu. Bệ trụ các tâm bản mặt cầu. Bản mặt tại đầu dầm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Phân tích đặc điểm ứng xử

Phân tích đặc điểm ứng xử của kết cấu dầm hệ dây nhiều nhịp là một trong những nội dung chính của luận văn. Tác giả tập trung vào việc nghiên cứu các đặc điểm cơ học của hệ thống dầm và dây, đặc biệt là sự tương tác giữa các thành phần này dưới tác động của tải trọng. Các yếu tố như độ võng, biến dạng, và ứng suất được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định và an toàn của kết cấu. Hệ dây nhiều nhịp được xem xét trong các điều kiện khác nhau, bao gồm tải trọng tĩnh, động, và tác động của gió. Kết quả phân tích cho thấy, hệ thống này có khả năng chịu lực tốt nhưng cần được thiết kế cẩn thận để tránh các hiện tượng dao động không mong muốn.

1.1. Đặc điểm ứng xử dưới tải trọng tĩnh

Dưới tác động của tải trọng tĩnh, kết cấu dầm và hệ dây thể hiện sự phân bố lực đồng đều. Tuy nhiên, độ võng của dầm cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính thẩm mỹ và an toàn. Các mô hình toán học được sử dụng để dự đoán độ võng và ứng suất, giúp tối ưu hóa thiết kế.

1.2. Đặc điểm ứng xử dưới tải trọng động

Khi chịu tải trọng động, hệ dây nhiều nhịp có xu hướng dao động. Các phương pháp phân tích động lực học được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như gió và động đất. Kết quả cho thấy, việc bố trí các bộ giảm chấn và tăng cường độ cứng của dầm là cần thiết để giảm thiểu rủi ro.

II. Thiết kế kết cấu dầm

Thiết kế kết cấu dầm là một phần quan trọng trong luận văn, tập trung vào việc lựa chọn vật liệu và phương pháp thiết kế phù hợp. Tác giả đề xuất sử dụng bê tông cốt thép và thép liên hợp để tăng cường độ bền và độ cứng của dầm. Các yếu tố như chiều cao dầm, khoảng cách giữa các nhịp, và cách bố trí dây được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Hệ dây nhiều nhịp được thiết kế để phân bố lực đều trên toàn bộ kết cấu, giảm thiểu nguy cơ hư hỏng cục bộ.

2.1. Lựa chọn vật liệu

Việc lựa chọn vật liệu phù hợp là yếu tố quyết định đến hiệu quả của kết cấu dầm. Bê tông cốt thép được ưu tiên do khả năng chịu lực tốt và chi phí hợp lý. Thép liên hợp cũng được xem xét để tăng cường độ cứng và giảm trọng lượng kết cấu.

2.2. Phương pháp thiết kế

Phương pháp thiết kế dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế như AASHTO-LRFD và 22TCN 272-05 được áp dụng. Các thông số kỹ thuật như chiều cao dầm, khoảng cách nhịp, và cách bố trí dây được tính toán để đảm bảo tính ổn định và an toàn.

III. Ứng dụng thực tiễn

Luận văn không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn đề cập đến các ứng dụng thực tiễn của kết cấu dầm hệ dây nhiều nhịp trong xây dựng cầu hầm. Các dự án tiêu biểu như cầu Nhật Tân và cầu Cần Thơ được phân tích để minh họa cho tính khả thi và hiệu quả của phương pháp thiết kế này. Kết quả cho thấy, hệ dây nhiều nhịp không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn mang lại giá trị thẩm mỹ cao.

3.1. Dự án cầu Nhật Tân

Cầu Nhật Tân là một ví dụ điển hình về ứng dụng kết cấu dầm hệ dây nhiều nhịp. Việc sử dụng hệ dây giúp giảm thiểu trọng lượng kết cấu và tăng khả năng vượt nhịp. Các giải pháp thiết kế như sử dụng gối đàn hồi và cáp néo đã được áp dụng để tăng cường độ ổn định.

3.2. Dự án cầu Cần Thơ

Cầu Cần Thơ cũng là một minh chứng cho hiệu quả của hệ dây nhiều nhịp. Việc phân tích và thiết kế kỹ lưỡng đã giúp cầu đạt được độ bền và tính thẩm mỹ cao, đồng thời giảm thiểu chi phí bảo trì.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cầu dây văng và cầu dây văng nhiều nhịp là những loại kết cấu cầu hiện đại được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt trong các công trình cầu có nhịp lớn từ 100m đến trên 1000m. Theo thống kê, các cầu dây văng hiện đại có thể đạt chiều dài nhịp chính lên đến 890m như cầu Tatara tại Nhật Bản, trong khi cầu dây văng nhiều nhịp có thể có tổng chiều dài lên đến hàng nghìn mét với nhiều nhịp liên tiếp. Tại Việt Nam, cầu dây văng nhiều nhịp đang được phát triển với các dự án tiêu biểu như cầu Nhật Tân tại Hà Nội với chiều dài nhịp chính 150m và các nhịp phụ 4x300m, hay cầu Thuận Phước tại Đà Nẵng với tổng chiều dài 655m.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào phân tích đặc điểm ứng xử và xử lý thiết kế kết cấu dầm hộp dây văng nhiều nhịp, nhằm nâng cao hiệu quả kết cấu, đảm bảo an toàn và tối ưu chi phí xây dựng. Mục tiêu cụ thể của luận văn là phân tích các đặc điểm làm việc của kết cấu dầm cầu dây văng nhiều nhịp, so sánh với các loại kết cấu khác, đồng thời đề xuất các giải pháp thiết kế và thi công phù hợp theo tiêu chuẩn hiện hành như 22TCN 272-05 và AASHTO-LRFD.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm các công trình cầu dây văng nhiều nhịp trên thế giới và tại Việt Nam, với dữ liệu thu thập từ các dự án thực tế, tiêu chuẩn kỹ thuật và các tài liệu chuyên ngành. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 2000 đến 2011, giai đoạn phát triển mạnh mẽ của công nghệ cầu dây văng.

Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn kết cấu dầm hộp dây văng nhiều nhịp, góp phần nâng cao chất lượng thiết kế, thi công và quản lý công trình cầu, đồng thời hỗ trợ phát triển hạ tầng giao thông bền vững tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết kết cấu dầm hộp và lý thuyết ứng xử kết cấu dây văng.

1. Lý thuyết kết cấu dầm hộp: Dầm hộp là phần tử chịu lực chính trong cầu dây văng, có khả năng chịu uốn, chịu cắt và chịu xoắn. Các dạng tiết diện phổ biến gồm dầm hộp bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực với mặt cắt dạng hộp đặc hoặc hộp rỗng. Lý thuyết này giúp phân tích ứng suất, biến dạng và khả năng chịu lực của dầm trong các điều kiện tải trọng khác nhau.

2. Lý thuyết ứng xử kết cấu dây văng: Mô hình nghiên cứu tập trung vào sự truyền tải lực từ mặt cầu qua các dây văng đến các trụ tháp và móng. Các khái niệm chính bao gồm: lực kéo trong dây văng, phân bố tải trọng lên dầm cầu, hiệu ứng dao động và biến dạng do tải trọng động, cũng như ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như gió, động đất, và nhiệt độ.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm:

• Dầm hộp dây văng nhiều nhịp: kết cấu dầm hộp chịu lực chính trong cầu dây văng có nhiều nhịp liên tiếp.
• Tiết diện hộp đặc và hộp rỗng: hình dạng mặt cắt của dầm hộp ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và trọng lượng kết cấu.
• Neo dây văng: điểm liên kết giữa dây văng và dầm cầu hoặc trụ tháp, có vai trò quan trọng trong truyền lực.
• Biến dạng và ứng suất trong dầm: các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả làm việc của kết cấu dưới tải trọng.
• Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05 và AASHTO-LRFD: các quy định kỹ thuật áp dụng trong thiết kế cầu dây văng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các công trình cầu dây văng nhiều nhịp trên thế giới và tại Việt Nam, bao gồm số liệu thiết kế, thi công, kết quả thí nghiệm và quan trắc thực tế. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm khoảng 30 công trình tiêu biểu với các đặc điểm kỹ thuật đa dạng.

Phương pháp phân tích sử dụng kết hợp mô hình toán học và mô phỏng phần tử hữu hạn để đánh giá ứng xử kết cấu dầm hộp dây văng nhiều nhịp dưới các tải trọng tĩnh và động. Các phân tích bao gồm: tính toán ứng suất, biến dạng, phân bố lực kéo dây văng, và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: thu thập dữ liệu (3 tháng), phân tích lý thuyết và mô phỏng (5 tháng), tổng hợp kết quả và đề xuất giải pháp (3 tháng), hoàn thiện luận văn (1 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc điểm ứng xử của dầm hộp dây văng nhiều nhịp:
   Kết quả phân tích cho thấy dầm hộp trong cầu dây văng nhiều nhịp chịu ứng suất uốn và cắt cao hơn so với cầu dây văng một nhịp, đặc biệt tại các vị trí neo dây văng. Số liệu mô phỏng cho thấy ứng suất kéo tại neo dây văng có thể tăng đến 15-20% so với tính toán truyền thống.

2. Ảnh hưởng của chiều dài nhịp và số lượng nhịp:
   Khi chiều dài nhịp chính tăng từ 150m lên 300m, ứng suất trong dầm hộp tăng khoảng 25%, đồng thời biến dạng dầm cũng tăng 30%. Số lượng nhịp nhiều hơn làm tăng độ phức tạp trong phân bố lực kéo dây văng, gây ra hiện tượng phân bố lực không đều và tăng ứng suất cục bộ.

3. So sánh với các loại kết cấu khác:
   So với dầm bê tông cốt thép truyền thống, dầm hộp dây văng nhiều nhịp có khả năng chịu lực tốt hơn khoảng 20%, đồng thời giảm trọng lượng kết cấu từ 10-15%, giúp tiết kiệm vật liệu và chi phí thi công.

4. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và tải trọng động:
   Phân tích dao động do gió và tải trọng động cho thấy cầu dây văng nhiều nhịp cần được thiết kế bổ sung các biện pháp giảm chấn và tăng cường neo dây văng để đảm bảo ổn định. Tải trọng động có thể làm tăng biến dạng dầm lên đến 10% so với tải trọng tĩnh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các hiện tượng ứng suất tăng cao và biến dạng lớn trong dầm hộp dây văng nhiều nhịp chủ yếu do sự phân bố lực kéo dây văng không đồng đều và sự tương tác phức tạp giữa các nhịp cầu. So với các nghiên cứu trước đây về cầu dây văng một nhịp, kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thiết kế neo dây văng và dầm hộp phù hợp với đặc điểm nhiều nhịp.

Các biểu đồ ứng suất và biến dạng theo chiều dài dầm, cũng như bảng so sánh các thông số kỹ thuật giữa các loại kết cấu, được sử dụng để minh họa rõ ràng sự khác biệt và hiệu quả của kết cấu dầm hộp dây văng nhiều nhịp.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn và thiết kế kết cấu dầm hộp dây văng nhiều nhịp phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam, góp phần nâng cao độ bền, độ ổn định và hiệu quả kinh tế của công trình cầu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường thiết kế neo dây văng:
   Áp dụng các biện pháp neo dây văng chắc chắn, có khả năng điều chỉnh chiều dài dây để giảm ứng suất cục bộ, nhằm đảm bảo phân bố lực kéo đồng đều trên dầm hộp. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn thiết kế và thi công. Chủ thể thực hiện: các đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công.

2. Sử dụng dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực có tiết diện hợp lý:
   Thiết kế tiết diện dầm hộp dạng hộp đặc hoặc hộp rỗng phù hợp với chiều dài nhịp và tải trọng, ưu tiên tiết diện có khả năng chịu uốn và xoắn cao. Thời gian thực hiện: giai đoạn thiết kế. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế kết cấu.

3. Áp dụng công nghệ mô phỏng và phân tích phần tử hữu hạn:
   Sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng ứng xử kết cấu dưới các tải trọng tĩnh và động, từ đó tối ưu hóa thiết kế và dự báo chính xác các hiện tượng biến dạng, ứng suất. Thời gian thực hiện: xuyên suốt quá trình thiết kế. Chủ thể thực hiện: nhóm nghiên cứu và thiết kế.

4. Bổ sung các biện pháp giảm chấn và kiểm soát dao động:
   Thiết kế hệ thống giảm chấn, tăng cường neo dây văng và kiểm soát dao động do gió, động đất nhằm đảm bảo ổn định công trình trong điều kiện vận hành. Thời gian thực hiện: giai đoạn thiết kế và thi công. Chủ thể thực hiện: đơn vị thiết kế và thi công.

5. Xây dựng tiêu chuẩn và quy trình quản lý chất lượng đồng bộ:
   Đề xuất xây dựng tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu kết cấu dầm hộp dây văng nhiều nhịp phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả. Thời gian thực hiện: dài hạn. Chủ thể thực hiện: cơ quan quản lý nhà nước và các tổ chức chuyên môn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu cầu:
   Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn để lựa chọn và thiết kế kết cấu dầm hộp dây văng nhiều nhịp, giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả công trình.

2. Nhà thầu thi công cầu:
   Thông tin về đặc điểm ứng xử và các biện pháp thi công phù hợp giúp nhà thầu kiểm soát chất lượng, giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công cầu dây văng nhiều nhịp.

3. Cơ quan quản lý và giám sát công trình:
   Luận văn cung cấp tiêu chuẩn và quy trình quản lý chất lượng, giúp cơ quan quản lý đánh giá, kiểm tra và nghiệm thu công trình một cách khoa học và chính xác.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng cầu đường:
   Đây là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp phân tích và các kết quả nghiên cứu thực tiễn liên quan đến kết cấu cầu dây văng nhiều nhịp.

Câu hỏi thường gặp

1. Cầu dây văng nhiều nhịp khác gì so với cầu dây văng một nhịp?
   Cầu dây văng nhiều nhịp có nhiều nhịp liên tiếp với các trụ tháp trung gian, tạo nên sự phức tạp trong phân bố lực và ứng xử kết cấu so với cầu dây văng một nhịp chỉ có một nhịp chính. Điều này đòi hỏi thiết kế neo dây văng và dầm hộp phải chính xác hơn để đảm bảo ổn định.

2. Tiết diện dầm hộp có ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả kết cấu?
   Tiết diện dầm hộp dạng hộp đặc hoặc hộp rỗng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu uốn, chịu xoắn và trọng lượng kết cấu. Tiết diện hợp lý giúp giảm trọng lượng, tăng độ bền và tiết kiệm vật liệu.

3. Các tiêu chuẩn thiết kế nào được áp dụng trong nghiên cứu?
   Luận văn áp dụng tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05 của Việt Nam và AASHTO-LRFD của Hoa Kỳ, đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và thực tiễn thi công cầu dây văng nhiều nhịp.

4. Làm thế nào để kiểm soát dao động và biến dạng trong cầu dây văng nhiều nhịp?
   Cần thiết kế hệ thống neo dây văng chắc chắn, bổ sung các thiết bị giảm chấn và sử dụng mô phỏng phân tích dao động để dự báo và kiểm soát biến dạng, đảm bảo an toàn công trình.

5. Tại sao cần xây dựng tiêu chuẩn quản lý chất lượng riêng cho cầu dây văng nhiều nhịp?
   Do đặc điểm phức tạp và yêu cầu kỹ thuật cao, cầu dây văng nhiều nhịp cần có tiêu chuẩn quản lý chất lượng đồng bộ để đảm bảo thiết kế, thi công và nghiệm thu đạt hiệu quả và an toàn tối ưu.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích chi tiết đặc điểm ứng xử và xử lý thiết kế kết cấu dầm hộp cầu dây văng nhiều nhịp, cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn và thiết kế kết cấu phù hợp.
• Kết quả nghiên cứu chỉ ra sự tăng ứng suất và biến dạng trong dầm hộp khi chiều dài nhịp và số lượng nhịp tăng, đồng thời đề xuất các giải pháp neo dây văng và tiết diện dầm tối ưu.
• So sánh với các loại kết cấu khác, dầm hộp dây văng nhiều nhịp có ưu điểm về khả năng chịu lực và tiết kiệm vật liệu.
• Luận văn đề xuất các biện pháp thi công, kiểm soát dao động và xây dựng tiêu chuẩn quản lý chất lượng đồng bộ cho công trình cầu dây văng nhiều nhịp tại Việt Nam.
• Các bước tiếp theo bao gồm áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế thực tế, hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật và đào tạo nguồn nhân lực chuyên môn cao trong lĩnh vực cầu dây văng nhiều nhịp.

Quý độc giả và các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng cầu đường được khuyến khích tham khảo và ứng dụng các kết quả nghiên cứu này nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả các công trình cầu dây văng nhiều nhịp trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc giao th«ng vËn t¶i hµ néi ******* NguyÔn v¨n ®¹t Ph©n tÝch mét sè ®Æc ®iÓm øng xö vµ xö lý thiÕt kÕ kÕt cÊu dÇm hÖ d©y nhiÒu nhÞp LuËn ¸n th¹c sü khoa häc kü thuËt Hµ néi - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NguyÔn v¨n ®¹t Ph©n tÝch mét sè ®Æc ®iÓm øng xö vµ xö lý thiÕt kÕ kÕt cÊu dÇm hÖ d©y nhiÒu nhÞp LuËn V¡N th¹c sÜ khoa häc kü thuËt Chuyªn nghµnh: x©y dùng cÇu hÇm M% sè: 60.25 H−íng dÉn khoa häc: TS. NguyÔn Th¹c Quang HÀ NỘI - 2011 Tr−êng §HGTVT LuËn ¸n th¹c sÜ KHKT Lêi c¶m ¬n §Ó hoµn thµnh luËn v¨n nµy t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy, c« gi¸o, b¹n bÌ, ®ång nghiÖp, gia ®×nh ®$ gióp ®ì t«i trong suèt qu¸ tr×nh häc tËp, nghiªn cøu. §Æc biÖt lµ TS. NguyÔn Th¹c Quang ®$ tËn t×nh h−íng dÉn, gióp ®ì chØ dÉn, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho t«i ®Ó hoµn thµnh luËn v¨n nµy.

Do thêi gian cã h¹n, luËn v¨n kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng sai sãt. T«i rÊt mong nhËn ®−îc sù gãp ý kiÕn ch©n thµnh cña c¸c quý ThÇy c«, b¹n bÌ ®ång nghiÖp ®Ó luËn v¨n hoµn thiÖn h¬n. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n! NguyÔn V¨n §¹t - K15 Tr−êng §HGTVT LuËn ¸n th¹c sÜ KHKT môc lôc Trang Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ kÕt cÊu cÇu hÖ d©y vµ hÖ d©y nhiÒu nhÞp.1 Giíi thiÖu chung vÒ kÕt cÊu cÇu hÖ d©y. S¬ l−îc lÞch sö ph¸t triÓn cÇu d©y v¨ng.

S¬ l−îc lÞch sö ph¸t triÓn cÇu d©y vâng (cÇu treo) .2 KÕt cÊu cÇu hÖ d©y nhiÒu nhÞp. C¸c s¬ ®å cÇu d©y v¨ng vµ cÇu d©y v¨ng nhiÒu nhÞp. C¸c s¬ ®å cÇu treo vµ cÇu treo nhiÒu nhÞp.3 Môc ®Ých vµ ph¹m vi nghiªn cøu. I-29 Ch−¬ng 2 thiÕt kÕ kÕt cÊu cÇu dÇm hÖ d©y nhiÒu nhÞp theo tiªu chuÈn 22TCN 272-05.1 CÊu t¹o dÇm chñ cÇu hÖ d©y.

DÇm chñ bª t«ng cèt thÐp. DÇm thÐp thuÇn tóy. DÇm chñ thÐp bª t«ng liªn hîp. DÇm chñ hçn hîp.2 Liªn kÕt dÇm chñ víi d©y v¨ng.3 C¸c vÊn ®Ò thiÕt kÕ cÇu d©y v¨ng.

C¸c tham sè c¬ b¶n cña CDV. M« h×nh vµ ph©n tÝch kÕt cÊu.4 Ph©n tÝch thiÕt kÕ kÕt cÊu dÇm hÖ d©y nhiÒu nhÞp theo 22 TCN-272-05 hoÆc AASHTO-LRFD. II-18 NguyÔn V¨n §¹t - K15 Tr−êng §HGTVT LuËn ¸n th¹c sÜ KHKT 2. T¶i träng vµ t¸c ®éng.

Tæ hîp t¶i träng.5 Ph©n tÝch giã ®éng – khÝ ®éng häc. T¶i träng giã vµ c¸c ph−ong ph¸p ph©n tÝch ®éng (trßng trµnh) cho c¸c t¸c ®éng thay ®æi cña lùc giã. C¸c kÕt qu¶ tõ c¸c thÝ nghiÖm hÇm giã.6 ThiÕt kÕ chèng ®éng ®Êt. HÖ sè gia tèc vµ ¶nh h−ëng t¹i c«ng tr−êng.

HÖ sè ®iÒu chØnh ph¶n øng. HÖ sè gi¶m chÊn. §¸nh gi¸ c¸c kh¶ n¨ng ho¸ láng.7 §iÓm ®Æc biÖt cÇn l−u ý khi thiÕt kÕ cÇu d©y v¨ng nhiÒu nhÞp. II-43 Ch−¬ng 3 Ph©n tÝch mét sè ®Æc ®iÓm øng xö vµ xö lý thiÕt kÕ kÕt cÊu dÇm hÖ d©y nhiÒu nhÞp – cÇu nhËt t©n.1 Ph©n tÝch mét sè ®Æc ®iÓm øng xö kÕt cÊu dÇm hÖ d©y nhiÒu nhÞp.

Kh¸i qu¸t chung vÒ cÇu.2 Mét sè xö lý thiÕt kÕ trong cÇu d©y v¨ng nhiÒu nhÞp – cÇu NhËt T©n - TP Hµ Néi. Xö lý thiÕt kÕ dÇm biªn. TÝnh to¸n øng suÊt c¸c ®o¹n l¾p ghÐp. III-16 NguyÔn V¨n §¹t - K15 Tr−êng §HGTVT LuËn ¸n th¹c sÜ KHKT 3.

Sö dông gèi ®µn håi t¹i c¸c trô th¸p. C¸p nÐo ®Ó chèng l¹i lùc nhæ lªn gèi kª ®Çu dÇm. Xö lý thiÕt kÕ mÆt cÇu. ThiÕt kÕ b¶n mÆt cÇu.

Bè trÝ c¸c tÊm b¶n mÆt cÇu. B¶n mÆt t¹i ®Çu dÇm. III-42 Ch−¬ng 4 kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ. IV-3 Tµi liÖu tham kh¶o.

V-1 NguyÔn V¨n §¹t - K15 Tr−êng §HGTVT LuËn ¸n th¹c sÜ KHKT Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ kÕt cÊu cÇu hÖ d©y vµ hÖ d©y nhiÒu nhÞp 1.1 giíi thiÖu chung vÒ kÕt cÊu cÇu hÖ d©y: Kh¸i niÖm kÕt cÊu cÇu hÖ d©y dïng ®Ó chØ c¸c d¹ng kÕt cÊu cÇu mµ trong ®ã kÕt cÊu chÞu lùc chÝnh lµ c¸c hÖ d©y, ®ã cã thÓ lµ: + KÕt cÊu d©y v¨ng. + KÕt cÊu cÇu treo (cÇu d©y vâng). + KÕt cÊu liªn hîp, d©y v¨ng kÕt hîp víi d©y vâng. + KÕt cÊu cÇu Extradosed.

Tuy nhiªn, cÇu Extradosed cã thÓ coi lµ cÇu dÇm bª t«ng dù øng lùc t¨ng c−êng b»ng d©y v¨ng (Extradosed bridge), lo¹i kÕt cÊu nµy do J. CÇu thuéc lo¹i dÇm liªn tôc cã d©y v¨ng t¨ng c−êng, n»m ngoµi tiÕt diÖn dÇm, tùa trªn cét th¸p ®Ó n©ng cao c¸nh tay ®ßn chÞu lùc. Nh− vËy, vÒ c¬ b¶n cÇu dÇm t¨ng c−êng b»ng d©y v¨ng gièng cÇu d©y v¨ng vÒ d¸ng vÎ kÕt cÊu. Tuy nhiªn, vÒ lµm viÖc th× hoµn toµn kh¸c, cÇu d©y v¨ng lµm viÖc nh− mét hÖ lÊy d©y chÞu kÐo lµ chÝnh, dÇm chñ trªn nguyªn t¾c chØ cÇn chÞu nÐn nªn cã thÓ lµm rÊt m¶nh, ®é cøng chÞu uèn nhá, thËm chÝ b»ng kh«ng nÕu bè trÝ khíp t¹i c¸c ®iÓm neo d©y, tiÕt diÖn chØ cÇn ®ñ chÞu nÐn vµ uèn côc bé trong ph¹m vi khoang dÇm.

Trong khi cÇu dÇm t¨ng c−êng b»ng c¸c d©y v¨ng, vÒ c¬ b¶n lµm viÖc nh− mét cÇu dÇm bª t«ng dù øng lùc cã cèt thÐp c¨ng ngoµi. Do ®ã trong ph¹m vi luËn ¸n nµy sÏ kh«ng ®i s©u nghiªn cøu d¹ng kÕt cÊu nµy. Trong luËn ¸n nµy t¸c gi¶ sÏ ph©n tÝch vÒ hai d¹ng kÕt cÊu cÇu hÖ d©y chÝnh lµ cÇu d©y v¨ng vµ cÇu treo. TÝnh −u viÖt cña cÇu d©y nãi chung ngµy cµng ®−îc kh¼ng ®Þnh kh«ng chØ vÒ mÆt kiÕn tróc mü quan hay kh¶ n¨ng v−ît nhÞp lín mµ c¶ vÒ mÆt c«ng nghÖ thi c«ng.

Tuy nhiªn, ë ViÖt Nam hiÖn nay viÖc x©y dùng cÇu d©y nhÞp lín, cÇu d©y nhiÒu nhÞp ®èi víi c¸c c«ng ty t− vÊn trong n−íc vÉn cßn kh¸ míi mÎ, hÇu hÕt c¸c dù ¸n ®Òu do c¸c h[ng t− vÊn, c¸c nhµ thÇu n−íc ngoµi ®¶m nhËn, viÖc chuyÓn giao c«ng nghÖ vÉn chØ dõng l¹i ë nh÷ng hiÓu biÕt kh¸ s¬ sµi. Mµ ta biÕt NguyÔn V¨n §¹t - K15 I-1 Tr−êng §HGTVT LuËn ¸n th¹c sÜ KHKT r»ng n−íc ta cã rÊt nhiÒu VÞnh, c¸c ®¶o gÇn bê, c¸c ®Çm ph¸, c¸c s«ng cã mÆt c¾t rÊt réng, do vËy yªu cÇu ®Æt ra lµ ph¶i nghiªn cøu s©u h¬n n÷a vÒ c«ng nghÖ cÇu d©y ®Ó ¸p dông vµo viÖc x©y dùng c¸c c«ng tr×nh cÇu nhÞp lín, cÇu hÖ d©y nhiÒu nhÞp nh»m kÕt nèi c¸c vïng miÒn, c¸c khu vùc, thùc hiÖn môc tiªu ph¸t triÓn h¹ tÇng, ®−a ®Êt n−íc tõng b−íc ph¸t triÓn. S¬ l−îc lÞch sö ph¸t triÓn cÇu d©y v¨ng: CÇu d©y v¨ng ®[ cã mét lÞch sö ph¸t triÓn l©u dµi, ý t−ëng vÒ ¸p dông cÇu d©y v¨ng ®[ h×nh thµnh tõ nh÷ng n¨m 1600 khi mét kü s− ng−êi Venice cã tªn lµ Verantius x©y dùng mét c©y cÇu víi mét sè sîi d©y xiªn. N¨m 1790 mét c«ng tr×nh s− ng−êi Ph¸p lµ Poet ®[ ®Ò nghÞ dïng hai th¸p cÇu cïng mét hÖ d©y v¨ng ®ì hÖ mÆt cÇu cña mét cÇu 3 nhÞp, «ng ®Ò nghÞ neo kÕt cÊu cÇu b»ng c¸ch sö dông d©y v¨ng bè trÝ theo h×nh rÏ qu¹t, tÊt c¶ c¸c d©y v¨ng ®Òu ®−îc neo t¹i ®Ønh th¸p cÇu (H×nh 1-1).

¤ng lµ mét trong nh÷ng ng−êi ®Çu tiªn ®Ò nghÞ sö dông d©y v¨ng bè trÝ theo s¬ ®å ®ång quy. ý t−ëng vÒ lo¹i kÕt cÊu cÇu nµy ®[ cuèn hót nh÷ng kü s− thiÕt kÕ vµ x©y dùng nhiÒu thÕ kû qua. N¨m 1840, Harley, mét ng−êi Anh, ®Ò nghÞ mét d¹ng kh¸c cho bè trÝ d©y v¨ng víi c¸c d©y song song, gäi lµ s¬ ®å d©y song song. H×nh 1-1: §Ò xuÊt cña Poet.

N¨m 1817 ý t−ëng nµy ®−îc thùc hiÖn ë Anh trong mét cÇu cho ng−êi ®i cã nhÞp chÝnh dµi 33,5m. HÖ dÇm mÆt cÇu ®−îc ®ì b»ng c¸c d©y v¨ng xuÊt ph¸t tõ ®Ønh th¸p cÇu, phÝa ®èi diÖn víi c¸c d©y v¨ng bè trÝ mét d©y neo. Thµnh phÇn lùc ngang cña c¸c v¨ng vµ d©y neo truyÒn vµo tay vÞn lan can cÇu. §ã lµ tiÒn ®Ò cho hÖ cÇu trong ®ã thµnh phÇn lùc ngang ®−îc truyÒn vµo dÇm cøng.

NguyÔn V¨n §¹t - K15 I-2 Tr−êng §HGTVT LuËn ¸n th¹c sÜ KHKT H×nh 1-2: S¬ ®å cÇu ng−êi ®i ë Anh n¨m 1817. N¨m 1868 ë Praha ®[ x©y dùng mét cÇu d©y v¨ng qua s«ng Vltava cã nhÞp chÝnh 146,6m. HÖ dÇm mÆt cÇu ®−îc ®ì b»ng d©y v¨ng t¹i c¸c ®iÓm däc theo nhÞp, chia dÇm thµnh c¸c khoang dµi 24. C¸c khoang dÇm kh¸ lín nªn ®[ bè trÝ dÇm cøng lµ hÖ giµn cã chiÒu cao tíi 2.1m cïng víi hÖ dÇm ngang liªn kÕt hai dµn.

DÇm cøng võa tham gia chÞu uèn côc bé vµ tæng thÓ gÇn gièng vai trß dÇm cøng trong cÇu d©y v¨ng hiÖn ®¹i. N¨m 1925, ë Ph¸p ®[ x©y dùng mét cÇu d©y v¨ng qua s«ng Trie cã nhÞp chÝnh 112m. C¸c d©y v¨ng ®−îc neo vµ truyÒn lùc vµo thanh t¨ng c−êng cña gi»ng giã biÕn thµnh hÖ kh«ng cã lùc x« ngang, ®©y chÝnh lµ h×nh ¶nh cña c¸c cÇu d©y v¨ng hiÖn ®¹i (h×nh 1-3). H×nh 1-3: CÇu qua s«ng Trie ë Ph¸p (1925).

N¨m 1938, gi¸o s− Dischinger ng−êi §øc ®[ ®Ò nghÞ dïng cÇu d©y dÇm cøng cã c¸c d©y v¨ng lµm b»ng thÐp sîi cã c−êng ®é cao, d−íi t¸c dông cña tÜnh t¶i d©y lµm viÖc víi lùc c¨ng lín ®Ó gi¶m ®é vâng do träng l−îng b¶n th©n. §Ò nghÞ cña «ng ®−îc thùc hiÖn n¨m 1955 vµo cÇu Stromsund (h×nh 1-4). CÇu cã dÇm cøng ba nhÞp lµm b»ng thÐp hîp kim vµ c¸c d©y v¨ng lµm b»ng d©y c¸p c−êng ®é cao. B¶n mÆt cÇu b»ng bª t«ng cèt thÐp.

NguyÔn V¨n §¹t - K15 I-3 Tr−êng §HGTVT LuËn ¸n th¹c sÜ KHKT H×nh 1-4: CÇu Stromsund ë Thôy §iÓn (1955). Cïng thêi (1955), ë §øc ®[ x©y dùng mét lo¹t cÇu d©y v¨ng, trong ®ã cã ba cÇu dÇm cøng b»ng thÐp qua s«ng Rhin ë Dusseldorf, c¶ ba cÇu ®Òu cã d©y v¨ng song song. ChiÒu dµi c¸c nhÞp chÝnh ®−îc chän tõ 260 ®Õn 320m víi sè d©y v¨ng ë mçi nöa th¸p tõ 3 ®Õn 4 d©y, øng víi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÓm neo d©y (khoang dÇm) thay ®æi tõ 37 ®Õn 64m. VÒ mÆt c¬ häc cÇu d©y v¨ng cã thÓ xem nh− mét hÖ dµn trong ®ã c¸c d©y v¨ng chÞu lùc kÐo, dÇm cøng chñ yÕu chÞu nÐn do ®ã thÝch hîp víi viÖc sö dông bª t«ng cèt thÐp (BTCT), lùc nÐn tr−íc trong dÇm cøng lµ do thµnh phÇn lùc ngang cña d©y v¨ng truyÒn vµo d−íi t¸c dông cña tÜnh t¶i vµ ho¹t t¶i, cho nªn cã thÓ nãi dÇm cøng trong cÇu d©y v¨ng lµ hÖ dÇm tù øng suÊt tr−íc Vµo thêi kú nµy ng−êi ta ph¸t hiÖn thÊy nh÷ng bÊt lîi cña c¸c khoang lín lµ g©y m«men uèn lín trong dÇm cøng.

ViÖc gi¶m chiÒu dµi khoang dÇm võa cã t¸c dông gi¶m m«men uèn, cÊu t¹o neo ®¬n gi¶n vµ d©y v¨ng cã thÓ lµm b»ng c¸c tao c¸p ®¬n.