GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

1

GS.TS. NGUYỄN VIẾT TRUNG
TH.S. NGUYỄN HỮU HƯNG HƯỚNG DẪN DÙNG MIDAS ĐỂ PHÂN
TÍCH KẾT CẤU CẦU DÂY VĂNG
TRONG GIAI ĐOẠN HOÀN THÀNH
VÀ GIAI ĐOẠN THI CÔNG
NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG
HÀ NỘI -2007

LỜI NÓI ĐẦU
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

2 Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, các chương
trình mô hình hóa và phân tích kết cấu nói chung và kết cấu cầu nói riêng đang
trở nên ngày càng mạnh mẽ và đáng tin cậy hơn. Trong số các chương trình đó
Midas/Civil đang nổi lên như là một chương trình mạnh, tính toán nhanh, dễ
học, dễ sử dụng, có thể thực hiện được nhiều công việc phân tích kết cấu khác

đầu từ Km 19+780 điểm kết thúc gói thầu tại Km 21+400. Chiều dài toàn bộ gói
thầu là 1,620 km, trong đó chiều dài cầu là 1186 m ( tính từ mép 2 mố ). Chiều
dài đường dẫn phía Bí Chợ là 222 m, chiều dài đường dẫn phía Hải Phòng là 212
m.
1.1. KẾT CẤU PHẦN TRÊN
Sơ đồ nhịp tính từ phía Bí Chợ : 12 x34m + 85m +200m + 85m + 12 x 34
m. Tổng chiều dài là 1186m.
1.1.1. PHẦN NHỊP CHÍNH
Phần nhịp chính sử dụng kết cấu dây văng dầm BTCT DƯL 3 nhịp
85+200+85 m dây văng được bố trí theo 2 mặt phẳng, tại mỗi cột tháp có 9 cặp
dây, khoảng cách dây văng trên cột tháp tính tại tim cột là 4 m, khoảng cách
neo dây văng trên dầm là 8.5 m tại nhịp biên và 10 m tại nhịp giữa. Dầm hộp
chính sử dụng cả DƯL trong và ngoài, tại các vị trí cáp dây văng có bố trí dầm
ngang và DƯL ngang. Các đốt dầm đúc sẵn được lắp ghép tại cầu sử dụng các
thanh thép cường độ cao 32 và keo êpôxy, dầm có mặt cắt ngang dạng hộp 3
lỗ (3 cells), có 2 sườn đứng ở giữa hộp, 2 thành hộp xiên, bề rộng mặt đường xe
chạy: 10.5 m, hai đường người đi hai bên rộng 1.5 m; tổng bề rộng mặt cầu: 16.7
m (tại vị trí cột tháp 15.1 m) , bệ rộng đáy hộp 11.5 m; chiều cao hộp không đổi:
2.2 m. Cáp dự ứng lực ngoài, dự ứng lực trong, các cáp này được thi công sau
khi đã hoàn thành các khối dầm hợp long.
1.1.2. PHẦN NHỊP DẪN
Phần nhịp dẫn sử dụng kết cấu dầm giản đơn BTCT DƯL tiết diện chữ I
chiều dài nhịp 34 m, mỗi bờ 12 nhịp, mặt cắt ngang gồm 6 phiến dầm, chiều cao
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

4

dầm 1.65 m, nối liền tại trụ thông qua dầm ngang đầu dầm theo từng liên 4 nhịp
dầm, bản mặt cầu BTCT đổ tại chỗ dầy 0,22 m.,

P5 1.0 m 9 32
P6 1.0 m 9 32.5
P7 1.0 m 9 32.5
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

5

P8 1.0 m 9 33
P9 1.0 m 12 32.5
P10 1.0 m 12 32.5
P11 1.0 m 12 33
P14 1.0 m 12 35.5
P15 1.0 m 12 36
P16 1.0 m 12 36.5
P17 1.0 m 9 37
P18 1.0 m 9 37.5
P19 1.0 m 9 37.5
P20 1.0 m 9 37.5
P21 1.0 m 6 38.5
P22 1.0 m 6 38.5
P23 1.0 m 6 39.5
P24 1.0 m 6 39.5
A2 1.0 m 12 40.5

1.2.3. PHẦN ĐƯỜNG 2 ĐẦU CẦU
Thiết kế hình học tuyến đường
Bình diện tuyến đường đầu cầu phụ thuộc vào vị trí của cầu Kiền, toàn bộ
đoạn tuyến của gói thầu nằm trên đường thẳng.
Thiết kế mặt đường

Số cáp dây văng : 72 bó.
Số dây văng 37 tao 15.2 : 56 bó. có chiều dài từ 20.0781m đến
103.8651m.
Số dây văng 42 tao15.2 : 12 bó.có chiều 71.9245m đến 86.0822m.
Số dây văng 48 tao15.2 : 4 bó.có chiều 95.5521m.
1.3.6. CÁP DỰ ỨNG LỰC TRONG DÀM HỘP.
1.3.6.1. Dự ứng lực trong
- Hệ thanh PC32 chạy theo chiều dọc được nối bằng coupler và neo tại các mặt
tiếp giáp khối đúc.
- Cáp dự ứng lực trong 12S15.2 : 36 bó.
- mỗi nhịp biên có 12 bó cáp dài từ 50.918m đến 58.918m.
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

7

- Nhịp giữa có 12 bó cáp dài từ 82.354m đến 162.354m.
1.3.6.2. Dự ứng lực ngoài 19S15.2
- Mỗi nhịp biên có 4 bó dài từ 35.210m đến 43.710m
Nhịp giữa gồm 18 bó dài từ 35.010m đến 155.010m.
1.4. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH
Phía Thái Bình là khu ruộng thưa dân bao trùm đầu cầu và đường sau
mố A2. Bến phà Kiền hiện nay cách tim cầu khoảng 300m về phía thượng lưu
có các phà chở ôtô tải . Đường giao thông xe tải hiện tại nối từ Hải Phòng đến
Thuỷ Nguyên phải qua phà KIền.
Tại khu vực công trình là ruộng lúa, phía trong đê cao độ khoảng +1.0.
Phía ngoài đê , mé thượng lưu cầu là bãi cao +1.6 đến +2.0, mé hạ lưu có
nhiều ao hồ cao độ 0 đến + 0.2.
Phía Bí Chợ: Mặt bằng khu vực đầu cầu và đường đầu cầu phía Quảng
Ninh là khu đồng ruộng thưa dân cao độ +1.40, ngoài đê bãi sông thấp là ruộng

Lớp thấu kính sét: Lớp này rất yếu N=2 xuất hiện tại lỗ khoan DB97-KN1.
Lớp cát mịm cát hạt trung đến thô phân bố cùng lớp sỏi, xám trắng đến xám
xẫm, chặt vừa đến rất chặt. Chúng nằm ở gần lớp sét cứng, chiều dày từ 2 đến 10
m.
Thấu kính sét cứng vừa xuất hiện cùng lớp cát ở cao độ -32 đến -36 m.
Lớp cát lẫn đá: Đá gốc sa thạch, mầu trắng đến xám xanh và xám nâu. Cao độ bề
mặt đá gốc từ -30 đến -40m,

2. LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐƠN GIẢN HÓA

Để phục vụ tính toán đơn giản hóa, cần phải căn cứ các số liệu thực tế nói
trên để lập ra mô hình tính toán có nội dung gần đúng và có thể giải được trên
máy tính
2.1. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỦA CẦU
Mô hình cầu được dựa trên cầu Kiền, là loại cầu dây văng thi công lắp
hẫng, có hai mặt phẳng dây với ba nhịp khẩu độ: 85 m + 200 m + 85 m,
- Chiều dài toàn cầu: 1186 m,
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

9

- Chiều rộng cầu 16,7 m, khổ cầu: 10,5 m + 2.1,5 m.

2.2. CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
Các đặc trưng vật liệu của dầm chính, trụ tháp và cáp được cho như bảng
sau:
Name Type Elasticity(KN/m
2
) Poisson Thermal(1/T) Density(KN/m

) Asz(m
2
) Ixx(m
4
) Iyy(m
4
) Izz(m
4
)
Value SR Cable-37 0.0052 0 0 0 0 0
Value SR Cable-48 0.0067 0 0 0 0 0
PSC 3CEL Girder 11.0044 1.8753 0 5.7767 7.718 253.1806
Tapered SB Up-Tower 8 6.6667 6.6667 7.3242 10.6667 2.6667
Tapered STRK Down-Tower 77.4766 75.6254 65.798 492.1431 143.0927 1666.342
DB/User SB Cbeam-Tower 3 2.5 2.5 1.2149 0.5625 1

2.4. ĐIỀU KIỆN BIÊN
Điều kiện liên kết trong cầu dây văng bao gồm:
- Liên kết giữa các phần của trụ
- Liên kết cứng tại các điểm neo cáp vào dầm chủ và trụ tháp
- Liên gối tại dầm và trụ
2. 5. ĐIỀU KIỆN TẢI TRỌNG.
Trong giai đoạn khai thác ta xét đến:
- Tải trọng bản thân.
- Tĩnh tải phụ thêm.
- Tải trọng xe lắp hẫng
- Lực căng trong cáp
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas


thuận tiện cho việc nhập dữ liệu, xây dựng mô hình và xử lý kết quả. Ta vào
Tools /Preferences và điều chỉnh các thông số phù hợp cho từng trường hợp cụ
thể. GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

13

Hình2. Giao diện cài đặt môi trường làm việc.
2. MÔ HÌNH HÓA VẬT LIỆU
2.1. KHAI BÁO VẬT LIỆU
Đối với cầu dây văng ta phải khai báo vật liệu cho: cáp, dầm chính, trụ
tháp, dầm ngang bắc qua trụ và qua dầm chính. Với cầu Kiền ta chỉ nhập vật
liệu cho cáp, dầm chính, trụ tháp do nó không có dầm ngang ở dầm chủ.
Có nhiều cách khai báo vật liệu khác nhau nên tùy theo điều kiện đề bài mà
ta chọn một cách cho phù hợp.
- Model/ Propeties/ Matenal

Hình .3. Cửa sổ thuộc tính vật liệu
Nhấp Add hoặc Import để khai báo vật liệu mới
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

14


Hình 6. Nhập thuộc tính cho dầm chính
Đối với trụ tháp ta chọn:
- Name (Pylon) Material ID (3)
- Type >Concrete : Standard > None
- Analysis Data>Modulus of Elasticity(2.6e7);
- Poisson’sRatio(0.167); Weight Density(24.52)


GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

16 Hình 7. Nhập thuộc tính cho trụ tháp
Kết quả nhập ta được

Hình 8. Kết quả khai báo vật liệu
2.2. KHAI BÁO VỀ CO NGÓT VÀ TỪ BIẾN
Cường độ của bê tông dạng đường cong được định nghĩa cho mỗi dạng cường
độ
bê tông. Sự thay đổi như vậy ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi. Tiêu chuẩn CEB-
FIP và các giá trị được dùng để định nghĩa co ngót và từ biến được sử dụng.
- Model >Properties > Time Dependent Material(Creep/ Shrinkage) >Add
Nhập thông số co ngót và từ biến : gồm 2 loại cho 2 loại bê tông.
+) Tên : c5000 ( hoặc : c4000)
+) Tiêu chuẩn :CEB-FIP
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas


(hoặc:40000kN/m)
+)Loại xi măng : N,R,0.25
Bấm Redraw Graph để xem hàm đặc trưng đã khai báo
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

19 Hình 12. Hàm biến thiên cường độ theo thời gian
Kết quả khai báo phát triến cường độ theo thời gian

Hình 13. Kết quả khai báo phát triển cường độ theo thời gian 2.4. GÁN CÁC ĐẶC TÍNH VỀ CO NGÓT VÀ TỪ BIẾN CHO VẬT
LIỆUBÊ TÔNG CỦA DẦM VÀ THÁP CẦU
Sau khi khai báo xong về đặc tính phụ thuộc vào thời gian của vật liệu ta
tiến hành gán các đặc tính đó cho vật liệu bêtông của dầm và trụ tháp.
Model >Properties > Time Dependent Material Link >Add
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

20

- Gán thuộc tính cho bê tông của dầm:
+) Loại co ngót từ biến: Creep/Shrinkage :C5000
+) Loại phát triển cường độ theo thời gian: Comp. Strength : C5000
+) Chọn vật liệu để gán: Material :Girder nhấp để vật liệu được
chọn

Cần phải nhập thuộc tính mặt cắt cho: cáp, dầm chính, trụ tháp và các dầm
ngang.
Có nhiều cách mô hình hóa mặt cắt khác nhau, tùy vào từng mặt cắt mà ta mô
hình hóa theo một cách phù hợp. - Model >Properties >
Section…
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

22 Hình 16. Cửa sổ thuộc tính mặt cắt

3.1. NHẬP MẶT CẮT CÁP :
Trong ví dụ này cần phải nhập 2 loại mặt cắt cho cáp được tạo từ các tao
đường kính 15.2mm gồm 37 tao và 48 tao. Để nhập số liệu sẽ dựa vào diện tích
của chúng tương ứng là 0.00518m
2
và 0.00672m
2
.
+) Nhập cho cáp 37-15
- Model>Properties> Section>Add: Value Tab
- Section ID: 1 ; Type: Solid Round
- Name: Cable37
- Area: 0.00518 m
2
+) Nhập cho cáp 48-15
-Nhấp
- Section ID:2 ; Type: Solid Round

BI5(0.35)
BI6(3.221); BI7(0.866); HO1(0.6); HO2(1.6);
BO1(5.75); BO2(2.6); BO3(0.15);
GS.TS.NguyÔn viÕt Trung
Híng dÉn TÝnh CÇu d©y v¨ng b»ng Midas

25