CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU TRỤ CÓ ĐỘ MẢNH LỚN I.1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TRỤ MẢNH Cầu ra đời cách đây đã rất lâu. Thể thức ban đầu của những cây cầu đơn giản chỉ là khúc cây đổ bắc ngang qua dòng nước. Thời gian đầu, người ta thường làm cầu từ một tấm ván mỏng, từ những cây gỗ đơn, tre, thậm chí là từ những tảng đá. Ngày nay những cây cầu hùng vĩ về mặt kiến trúc xuất hiện ngày càng nhiều, có những cây cầu là vẻ đẹp, là biểu tượng của một thành phố hoặc thậm chí là của cả một đất nước như cầu Golden Bridge ở Mỹ, cầu Milau ở Pháp.
Những thành phố này dường như trở nên đẹp và lung linh hơn khi có các cây cầu này bắc qua.2: Cầu Gateway - Úc Hình 1.1: Cầu Milau - Pháp - Cầu cạn Millau là một cầu bắc qua thung lũng của sông Tarn gần Millau ở nam nước Pháp. Đây là cây cầu với trụ cao nhất thế giới: trụ tháp P2 và trụ P3, có chiều cao lần lượt là 244. Tháp cao nhất thế giới: đó là tháp nằm trên trụ P2 có đỉnh với chiều cao là 343m cao hơn tháp Eiffel - Cầu Gateway qua sông Brisbane ở Úc là một kỳ quan của thế giới, có nhịp 10 chính tới 260m, toàn cầu dài 1.627m, rộng 22m, yêu cầu thông tầu biển cao 59.2m tại nhịp giữa, trụ cao nhất khoảng 78.3: Cầu Golden - California Hình 1.4: Cầu San Diego - Coronado - Cầu Cổng Vàng hay Cầu Kim Môn là một trong những câu dây võng dài nhất thế giới, là biểu tượng của thành phố San Francisco, California, Hoa Kỳ. Cây cầu bắc qua eo biển giữa Vịnh San Francisco và Thái Bình Dương.
- Cầu San Diego - Coronado là một trong những cây cầu nổi tiếng, được lên truyền hình nhiều nhất. Dài 2600m, nối liền phía nam Cornado của thành phố California với San Diego.5: Cầu Hangzhou - Thượng Hải Hình 1.6: Cầu Gatesheah- Anh - Cầu Hangzhou dài 22 dặm, nối Thượng Hải với tỉnh Zhjiang Trung Quốc, đây là một trong những cây cầu dài nhất thế giới chạy trên biển Đông Hải. - Cầu thế kỷ Gatesheah được dành riêng cho những người khách bộ hành và người đi xe đạp. Bắc qua dòng sông Tune của nước Anh 11 Từ sau cách mạng công nghiệp, kết cấu đã trở thành một dạng nghệ thuật khác với kiến trúc.
Dạng tháp Eiffil và cầu Brooklym là kết quả trực tiếp của ý tưởng công nghệ từ kinh nghiệm và ý tưởng tượng của các nhân các kỹ sư kết cấu. Kỹ sư kết cấu thường chọn hình dạng là công trình theo loại vật liệu từ đá xây đến thép, rồi bê tông cốt thép và bê tông cốt thép ứng suất trước. Trong công trình hiện đại, việc xem xét mỹ quan luôn là tiêu chí quan trọng đối với kỹ sư thiết kế để biến chúng thành các tác phẩm nghệ thuật. Nhận thức về hình dạng của trụ cầu không chỉ liên quan với hình dạng dầm mà còn những đòi hỏi đặc biệt của môi trường xung quanh.
Điều này đã được nghiên cứu kỹ lưỡng vào các công trình trên thế giới và một số công trình cầu ở Việt Nam. Cầu Millau - cây cầu có trụ cao nhất thế giới. Cầu bắc qua sông Tarn, ở Milau miền nam nước Pháp. Cầu Millau sẽ đưa các phương tiện giao thông vượt qua thung lũng dài 2,5km ở dãy núi Massif Central.
Tổng chiều dài cầu L=2460m với 7 trụ, chiều cao trụ tháp số 2 (trụ tháp cao nhất) 343m với chiều cao của cột tháp 89m. Bề rộng mặt cầu 32. Công trình này nối liền tuyến đường cao tốc giữa Paris và vùng Địa Trung Hải.7: Toàn cảnh cầu Milau Hình 1.8: Trụ cao nhất của cầu Millau với chiều cao 244. McDonald hay còn gọi là cầu Glade Creek (1 trong 10 cây cầu cao nhất Bắc Mỹ) là một cầu giàn dài 664m với 4 làn xe trên đường cao tốc liên bang số 64 vượt qua Glade Creek gần Beckley, West Virginia.
Cầu có 3 nhịp giàn thép với độ dài 170m, 239m và 170m. Nhịp chính 239m được đặt trên các trụ hình chữ nhật có chiều cao từ móng lên đến mặt dưới của giàn thép là 104m - được coi là trụ cầu giàn cao nhất từng được xây dựng tại Mỹ.9: Cầu giàn Glade Creek - Mỹ với trụ cao 104m Cầu Rio-Antirio- chiếc cầu xuyên vịnh Corinth là chiếc cầu có nhịp dài hơn bất cứ nhịp ở loại cầu dây văng nào khác trên thế giới, cách mặt biển đến hơn 50m, tạo ra rất nhiều khoảng trống lưu thông cho tàu thuyền Hình 1.10: Cầu Rio - Antirio có trụ cao tới 230m Phần móng trụ kéo dài đến 12m xuống dưới nước, các trụ cao 230m. Các trụ không bám chặt xuống đáy biển ở bất cứ hình thức nào mà đơn giản chỉ nằm 13 trên lớp dày 3m. Điều này có nghĩa là trong trường hợp động đất, các trụ sẽ chỉ trượt trên đó, và độ rung lắc sẽ không được chuyển đến các bộ phận khác của cầu.
Người ta đã tính toán rằng 4 trụ có thể trượt gần 2m mà không ảnh hưởng đến sự an toàn của cầu. Cầu vượt Chillon nhìn ra hồ Gerneva, gồm hai cầu vượt song song có dạng sóng trên mặt bằng dài gần 2Km. Bao gồm 3 nhịp liên tục BTCT DƯL điển hình là 93m và 104m. Độ ổn định phương dọc cầu đảm bảo bằng mố hoặc trụ cố định thiết kế đặc biệt.
Trụ điển hình gồm 3 tường mỏng 0.8m cách nhau 8m chiều cao trụ lớn nhất 36m. Tường của các trụ ngắn hơn 22m chốt tại 2 đầu. Trụ cố định được tăng cường bằng cáp DƯL dọc tường cho phép chịu các lực hãm và chuyển dịch mặt cầu. Trong quá trình xây dựng trụ được ổn định bằng hệ thép giằng tạm thời neo vào tường bằng bu lông cường độ cao.11: Toàn cảnh vầu vượt Chillon, trụ điển hình gồm 2 tường mỏng 0,8m cách nhau 8m chiều cao trụ lớn nhất 36m.
Cầu Hán Giang - Nghi Thanh là dầm bê tông DƯL liệc tục với 2 hàng gối, Cầu chính gồm 6 nhịp (55+4x100+55)m. Mỗi trụ chính gồm 4 cột khung không có bệ trụ hoặc dầm giằng ngang dưới nước. Cầu Hán Giang - Nghi Thanh lợi dụng ưu điểm của kết cấu dầm dùng 2 hàng gối là đảm bảo tính linh động cho mặt cầu, cho phép mặt cầu dịch chuyển tuyến tính, có thể giảm ứng 14 suất truyền xuống đáy móng, loại trừ mô men uốn tại điểm bất kỳ trên thân trụ khi lựa chọn tốt bề dày gối nên mỗi trụ chính gồm 4 cột khung không có bệ trụ hoặc dầm giằng ngang dưới nước. Với cấu tạo này khi xem xét trên phương diện kháng động đất, trụ có khả năng phát tán năng lượng lớn (kèm theo giảm độ cứng ít nhất).
Vật liệu kết cấu phần dưới giảm rất nhiều so với kết cấu cùng khẩu độ dùng trụ đặc.12: Cầu Hán Giang-Nghi Thanh. Trụ chính gồm 4 cổ khung không có bệ trụ Cầu vượt Magnan-Barain nằm trên vùng động đất. Trụ cầu hình chữ H đôi khoảng cách giữa hai trục 12m. Trụ lớn nhất cao tới 92 m tại vị trí gần thung lũng.
Trụ có mặt cắt thay đổi và được ngàm chặt vào đáy móng. Mặt cầu được cố định với mố phía Tây và truyền phản lực ngang cho các trụ và mố kia, Hai thân trụ được cố định vào dầm tại vị trí tâm trụ, hoặc bằng chốt chống động đất tại vị trí gối neo flon trên trụ và mố phía Đông.13: Cầu vượt Maganan - Barain. Trụ chính gồm 4 cổ khung không có bệ trụ 15 Nhận thức được vẻ đẹp đó, các kỹ sư cầu Việt Nam cũng đem lại một kỳ tích đáng kính nể, và dần dần cũng được sự công nhận của công luận. Cầu Mỹ Thuận: Biểu tượng về khát vọng của một đất nước đang trỗi dậy, bắc qua sông Tiền Giang ở đồng bằng sông Cửu Long.
Cầu được tạo dáng mảnh mai, đặc tính nổi bật nhất của cầu Mỹ Thuận là hai trụ tháp chính hình chữ H thật cao, mảnh mai tới 120m.14: Trụ tháp chính hình chữ H thật Hình 1.15: Trụ tháp cao cao, mảnh mai tới 120m của cầu Mỹ Thuận 120m cầu Mỹ Thuận Cầu Phú Mỹ: Chiều dài toàn cầu hơn 2032m, mặt cầu rộng 27.5m, với 6 làn xe, phần cầu chính (cầu dây văng) dài 705m được đỡ trên hai trụ tháp. Mỗi trụ tháp hình chữ H cao 140m, khoảng cách giữa 2 trụ chính là 380m. Thiết kế trụ tháp hình chữ H được chọn vì đây là phương án chịu lực tốt nhất và tiết kiệm hơn những phương án khác.16: Toàn cảnh cầu Phú Mỹ, với Hình 1.17: Trụ cầu dẫn cầu hai trụ tháp hình chữ H cao 140m Phú Mỹ lúc đang thi công 16 Cầu Pá Uôn nằm trên địa bàn xã chiềng Ơn (huyện Quỳnh Nhai, Sơn La). Cầu có chiều dài hơn 900m, khổ cầu rộng 9m.
Toàn cầu có 11 trụ, trong đó có hai trụ cao tới 105m, đạt kỷ lục về chiều cao thân trụ (không tính trụ cầu treo). Cầu nằm trong vùng có cấp động đất lớn, do vậy, thân trụ được tính toán chịu được động đất cấp 9. Trụ chính T7 và T8 là thân trụ hai nhánh tường song song bằng bê tông cốt thép dày 2m, giằng ngang liên kết hai nhánh cũng dày 2m.18: Trụ chính cao nhất 105m của cầu Hình 1.19: Phần trụ cầu Pá Uôn đang thi công cao 105m do Công ty Cầu 3 Thăng Long thi công Cầu Rạch Miễu là một cây cầu dây văng nối liền hai tỉnh Tiền Giang (Mỹ Tho) và Bến Tre với nhau.20: Trụ dẫn cầu Rạch Miễu có độ mảnh lớn với chiều cao trụ lớn nhất 32m 17 Cầu có chiều dài: 8.331m kể cả đường nối hai đầu cầu. Riêng phần cầu chính gồm hai cầu số 1 và số 2 có tổng chiều dài 2.868m, trong đó có một phần là kết cấu dây văng bố trí nhịp 117m+270m+117m, chiều cao tĩnh không thông thuyền 37,5m, ở giữa là Cù lao Thới Sơn.
Cầu số 2 dài 990m gồm các nhịp có chiều dài tới 90m. Cầu chính số 1 với hai trụ tháp T18 và T19 cao 106,54m, các trụ dẫn cao khoảng 32m. Cầu Thuận Phước là cây cầu treo dây võng bắc qua hai bờ sông Hàn đổ ra vịnh Đà Nẵng, nối đường Nguyễn Tất Thành với cầu Mân Quang, giữa 2 Quận Hải Châu và Sơn Trà thuộc thành phố Đà Nẵng Hình 1.21: Tháp trụ cầu Thuận Phước với chiều cao 80m Cầu dài 1.856 m và là cầu treo dây võng dài nhất Việt Nam, cầu rộng 18m với 4 làn xe. Cầu có 2 tháp trụ, khoảng cách giữa 2 trụ là 405m, chiều cao tháp trụ là 80m tính từ bệ cọc.
Cầu được xây rất cao và được xem là cây cầu đẹp nhất nước. Với vị trí và kiến trúc có một không hai ở nước ta tại thời điểm hiện tại 18 I.