BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Bài giảng Chuyên đề

TÍNH TOÁN CĂNG CÁP CẦU DÂY VĂNG
THEO CÔNG NGHỆ CĂNG TỪNG TAO
Trình bầy: GS.TS. NGUYỄN VIẾT TRUNG

1.2.2

Công nghệ căng cáp văng cầu Bính 16

1.2.3

Công nghệ căng cáp văng cầu Bãi Cháy 18

1.3

Một số nhận xét 26

Chương 2

Xây dựng thuật toán tính toán căng cáp cầu dây văng 28

2.1

Giới thiệu bài toán 28

2.2

Phân tích ứng xử tổng thể của dây văng 28

2.2.1

Phương trình của 1 cáp đơn 28

2.2.2

Chương trình tính toán căng cáp văng 58

2.4.1

Mô đun file: 59

2.4.2

Mô đun Data: Khai báo các số liệu đầu vào 59

2.4.3

Mô đun Analysis: Phân tích bài toán tính căng cáp từng tao 61

Chương 3

Ứng dụng thuật toán tính toán căng cáp trong một công trình cầu 63

3.1

Giới thiệu công trình cầu 63

3.2

Tính toán lực điều chỉnh trong từng bó cáp 64

3.3

Tính toán lực căng cho từng tao cáp 65


Thuật toán tính toán căng cáp cầu dây văng 72

4.2

Hướng phát triển 72

4.2.1

Phân tích ứng xử của cáp văng dưới các tác động của gió 72

Tài liệu tham khảo 73

Phụ lục Error! Bookmark not defined.

-3-

HỆ THỐNG KÝ HIỆU

T: Lực căng trong tao cáp;
w: Trọng lượng cáp theo phương thẳng đứng;
b

P: Lực căng tổng cộng trong bó cáp

-4-

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Công trình Cầu Bính lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn 8

Hình 1.2: Mô hình căng cáp từng tao 9

Hình 1.3: Cấu tạo neo cáp tại phía dầm 11

Hình 1.4: Cấu tạo neo tại phía tháp 12

Hình 1.5: Hệ thống tời chuyên dụng của hãng VSL 12

Hình 1.6: Mô hình căng cắp từng tao áp dụng cho cầu Kiển 13

Hình 1.7a: Cuộn cáp 13

Hình 1.7b: Lắp đặt tao cáp vào con suốt 13

Hình 1.7c: Kéo con suốt đã gán tao cáp vào bó cáp văng 13

Hình 1.7d: Lắp đầu cáp phía dưới vào neo 13

Hình 1.8: Các nhân tố ảnh hưởng đến lực căng cáp 14

Hình 1.9: Mối quan hệ giữa lực căng tổng thể trong cáp văng 14

và số bó cáp được căng 14


Hình 1.25: Đầu dưới của tao cáp được cắt bằng máy cắt 24

Hình 1.26: Đầu dưới của tao cáp được đưa vào ống giàn giáo 25

Hình 1.27: Các tao cáp được đặt vào neo dưới sẵn sàng cho việc căng kích 25

Hình 1.28: ISOTENSION Chair 25

Hình 1.29: Kích đơn 25

Hình 1.30: Trình tự căng cáp và giá trị lực căng của từng tao 25

Hình 1.31: Hệ thống ISOTENSION 25

-5-

Hình 1.32: Hệ thống ISOTENSION 26

Hình 1.33: Bảo vệ đầu neo 26

Hình 2.1: Một đơn vị đoạn cáp 29

Hình 2.2: Một đơn vị đoạn cáp trong hệ trục tọa độ 30

Hình 2.3: Một đoạn cáp có chiều dài L là tự căng T 32

Hình 2.4:Đoạn cáp có chiều dài L 32

Hình 2.5:Đoạn cáp bất kỳ 33


Hình 2.20: Mô hình dầm chịu tác dụng của
b
49

Hình 2.21: Mô hình dầm chịu tác dụng của P 49

Hình 2.22: Xét cho ½ dầm 50

Hình 2.23: Mô hình phần tử dầm + cáp 50

Hình 2.24: Mô hình phần tử dầm + lò xo tương đương 51

Hình 2.25: Giao diện của chương trình tính toán căng cáp từng tao 59

Hình 2.26: Chi tiết mô đun file 59

Hình 2.27: Mô đun Data của chương trình căng cáp từng tao 59

Hình 2.28: Khai báo các thông số về tính chất vật liệu 60

Hình 2.29: Khai báo các thông số về tính chất của Cáp 61

Hình 2.30: Mô đun Analysis: Phân tích bài toán 61

Hình 2.31: Bảng kết quả của bài toán 62

Hình 2.32: Kết quả và biểu đồ khi đưa ra Excel 62

-6-

PHẦN MỞ ĐẦU

Công nghệ căng từng tao cáp đã được dụng ở Việt Nam với việc tính toán
thi công căng cáp là do các nhà thầu nước ngoài thực hiện, vấn đề căng cáp từng
tao vẫn là ẩn số chưa biết, do vậy việc nghiên cứu công nghệ và tính toán căng
cáp là công việc cần thiết tạo điều kiện cho việc phát triển cầu, đặc biệt là cầu
dây văng nhịp lớn.
Với lực căng trong bó cáp đã được tính toán trong quá trình điều chỉnh nội
lực theo từng giai đoạn thi công, tiến hành căng từng tao cáp, mỗi tao sẽ được
căng đến một giá trị nào đó theo nguyên tắc lực căng trong từng tao cáp là bằng
nhau. Lực căng của cả bó cáp sau khi căng sẽ đạt giá trị đã được tính toán. Xem
xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tính toán căng cáp.
Cùng với nhu cầu xây dựng ngày càng nhiều các công trình cầu lớn, thì
cầu dây văng mà trong đó việc tính toán điều chỉnh dây giữ một vai trò mấu
chốt trong công nghệ thi công. NỘI DUNG BÁO CÁO NÀY tập trung nghiên
cứu mô hình dây văng và giải bài toán tính toán căng cáp văng.
Phương pháp nghiên cứu:
Dựa trên phương pháp phân tích lý thuyết, lập chương trình tính toán
căng cáp văng theo công nghệ căng từng tao với mục tiêu đạt được là: Tổng lực
căng trong bó cáp bằng lực căng yêu cầu, lực căng trong bó cáp là bằng nhau.



Hình 1.1: Công trình Cầu Bính lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn
Kết quả là đảm bảo trắc dọc hoặc biều đồ mô men hợp lý như mục tiêu
của quá trình điều chỉnh nội lực.
-9-

Dạng 2: Lắp đặt dây văng từ các tao cáp bẩy sợi (tao đơn)
Sử dụng tao cáp 7 sợi và dùng hệ neo kẹp ba mảnh hình nêm để cấu tạo
nên các dây văng tạo thuận tiện cho việc lắp đặt dây văng.
Mỗi bó dây gồm nhiều tao cáp 7 sợi đặt song song, mỗi tao được neo
riêng vào một lỗ trong ổ neo, nên các tao cáp có thể lắp đặt riêng từng sợi. Mỗi
tao cáp gồm 7 sợi nhỏ, trọng lượng nhẹ nên có thể lắp trực tiếp không cần giàn
giáo, hơn nữa đối với hệ neo kẹp thì không cần chế tạo đầu neo trước ở hai đầu,
nên dây không cần cắt chính xác mà có thể cắt dài tuỳ ý, do đó việc xỏ dây có
độ dài lớn qua neo rất đơn giản.
Các tao cáp được lắp từng sợi một, thông thường lắp đầu trên trước, đầu
dưới sau, lắp xong tao nào tiến hành căng sơ chỉnh và đóng neo tao đó. Khi
căng các tao sau cần xét ảnh hưởng mất mát ứng suất cuả các tao trước nhằm
tạo lực căng đồng đều trong các tao. Sau khi căng tất cả căng tao việc vi chỉnh
được tiến hành bằng cách căng cả bó.
Việc khống chế lực căng từng tao và tạo lực đồng đều trong các sợi có
thể áp dụng công nghệ căng đơn của Freyssinet
Lực căng từng tao và từng bó cần theo đúng chỉ dẫn của thiết kế. (Báo
cáo nàysẽ tập trung nghiên cứu tính toán thiết kế lực căng của từng tao)
Việc khống chế lực căng thực tế trong các bó cáp được thực hiện bằng
nhiều cách để kiểm tra kết quả của nhau. Các biện pháp định lượng lực căng có
thể như sau: Theo chỉ số lực trên kích, độ dãn dài của bó cáp khi căng, gắn
sensor đo lực bó dây.
Các sensor có thể thông báo kết quả của sự thay đổi nội lực của các bó
kéo trước khi căng các bó sau, đồng thời cũng cho biết sự thay đổi nội lực trong

cầu dẫn mỗi bên dài 408m và phần cầu chính dài 370m.
Cầu chính có sơ đồ: (85 + 200m + 85)m liên tục, gồm 2 trụ tháp
Dầm chủ phần cầu chính:
Dầm liên tục 3 nhịp, bố trí 2 mặt phẳng dây văng. Dầm dạng hộp 3 khoang. Tại
mặt cắt trụ có tổng chiều rộng là 15,1m . Tại mặt cắt giữa nhịp là 16,7m.
Trụ tháp:
Gồm hai trụ tháp có chiều cao tính từ đáy kết cấu nhịp là 51,5m, tính từ
mặt cắt bệ móng là 79,5m. Trụ tháp bằng BTCT có phần từ đỉnh bệ móng đến
đáy kết cấu nhịp dạng đặc. Phần trên được chia làm 2 nhánh để neo mặt phẳng
cáp, mỗi nhánh rộng 2m theo phương ngang cầu, 2,5m theo phương dọc cầu,
cách nhau 8m tại vị trí đỉnh tháp. Hai nhánh được liên kết với nhau bằng một
dầm ngang có chiều rộng là 10,55m .
Trụ tháp đặt trên bệ móng có kích thước 26x20,5x4,5 (m) đặt trên 20 cọc
khoan nhồi L = 30,5m có đường kính D = 2m .
Dây văng
-11-

Dõy vng s dng loi bú cỏp gm cỏc tao 15,2mm ca hóng VSL, gm
36 dõy c b trớ thnh 2 mt phng dn dõy dng hn hp.
Khong cỏch gia cỏc u neo trờn ti v trớ tr thỏp l 4m v ti v trớ liờn kt
vi dm nhp biờn l 8,5m v nhp gia l 10m.
M
M A1 l m ch U BTCT kiu Nht, t trờn 12 cc khoan nhi L =
40,5m , ng kớnh 1m. B múng cú kớch thc 15,1x7,5 (m).
M A2 l m ch U BTCT kiu Nht, t trờn 12 cc khoan nhi L =
40,5m , ng kớnh 1m. B múng cú kớch thc 15,1x7,5 (m).
Tr
Cú 24 tr dng thõn c dng vỏt ngc bng BTCT. B múng cú kớch
thc 5x7,5x2 (m) t trờn cỏc cc khoan nhi ng kớnh D = 1m.
1.2.1.4 Cụng ngh cng cỏp vng

Nắp bảo vệ
Bản đệm
ống co giãn
với mặt bích
Đầu neo đợc lắp
với đai ngoài
Nộp chuyển đổi với ống
nối dài và đợc bịt kín riêng
L= 500 hoặc 700 mm
ống dẫn đợc mạ kẽm
Bộ chuyển hớng
Vòng nối tháp
Các tao cáp đợc
bọc vỏ PE và
mỡ bảo dỡng
Có thể mạ kẽm
ống cáp HDPE

Hỡnh 1.4: Cu to neo ti phớa thỏp
Cụng ngh lp t tng tao cỏp:
- H thng ti VSL

Hỡnh 1.5: H thng ti chuyờn dng ca hóng VSL

- Lp t cỏc tao cỏp:
-13-


v s bú cỏp c cng
- Thc hin cng cỏp ngoi hin trng:

Biến dạng tháp

Biến dạng dầm

Chùng dây

Nhân tố thay đ
ổi ảnh hởng đến lực căng cápkN
Strand No.
1 5 10 15 20 25 30
10
20
30
40
50
60
Lý thuyết cơ bản

kN
Strand No.
1 5 10 15 20 25 30
10
20
30

Tiêu chuẩn AASHTO
Tiêu chuẩn Nhật Bản
Tải trọng thiết kế : - Tải trọng trục 210 KN
- Tải trọng rải đều 3 KN/m
2

Khổ cầu: 22,5m (15m đường xe chạy)
Độ dốc dọc: 4%; Đường cong đứng R=4000m
Độ dốc ngang: 2%, Đường cong nằm R=3500m
Khổ thông thuyền: 25x125m; Mực nước thiết kế: 2,11m
1.2.2.3 Phương án kết cấu
Cầu có tổng chiều dài 1280 m (tính khoảng cách hai tường đỉnh của mố) với
phần cầu dẫn mỗi bên dài 410m và phần cầu chính dài 460m.
Sơ đồ cầu: (50+6x60+100+260+100+6x60+50)m
Cầu chính là cầu dây văng có sơ đồ: (100 + 260m + 100)m liên tục, gồm 2 trụ
tháp
Dầm chủ phần cầu chính:
Dầm liên tục, bố trí 2 mặt phẳng dây văng. Dầm thép I liên hợp cao 1,75m, gồm
2 dầm chủ với khoảng cách các dầm là 20,5m đối với nhịp giữa và 18,5m đối
với nhịp biên
Trụ tháp
Gồm hai trụ tháp có chiều cao tính từ đáy kết cấu nhịp là 77,622m, tính
từ mặt cắt bệ móng là 101,6m. Trụ tháp bằng BTCT có phần từ đỉnh bệ móng
đến đỉnh kết cấu nhịp dạng đặc. Phần trên được chia làm 2 nhánh để neo mặt
phẳng cáp, mỗi nhánh rộng 3m theo phương ngang cầu, 2,5m theo phương dọc
cầu, cách nhau 8,18 m tại vị trí đỉnh tháp. Hai nhánh được liên kết với nhau
bằng một dầm ngang có chiều rộng trung bình là 8,104m .
Trụ tháp đặt trên bệ móng có kích thước 44,834x17,5x5,5 (m) đặt trên 29
cọc khoan nhồi L = 42,6 và 43,6m có đường kính D = 2m .
Dây văng

hãm.
Trường hợp lắp các dây văng lớn và dài, để giảm độ võng của dây cáp giàn
giáo, có thể bố trí thêm các trụ đỡ dọc theo tuyến của giàn giáo treo.
Việc chế tạo sẵn các bó cáp có chiều dài được tính toán trước trong quá trình
thiết kế điều chỉnh nội lực. Với chiều dài định được tính toán trước như vậy, khi
thi công đảm bảo độ chính xác thì lực căng trong các bó cáp sẽ đúng với thiết
kế.
Kết quả là đảm bảo trắc dọc hoặc biều đồ mô men hợp lý như mục tiêu của
quá trình điều chỉnh nội lực.
-18-

Trong trường hợp này việc tính toán căng cáp chính là kết quả của quá trình
tính toán điều chỉnh nội lực
1.2.3 Công nghệ căng cáp văng cầu Bãi Cháy
1.2.3.1 Vị trí
Cầu dây văng Bãi Cháy thuộc gói thầu BC2 của dự án xây dựng cầu
Bãi Cháy bắc qua eo Cửa Lục nằm chính giữa Quốc lộ 18 nối liền thủ đô Hà
Nội với khu vực Đông Bắc của đất nước, bắt đầu từ sân bay quốc tế Nội Bài
và kết thúc tại Bắc Luân gần cửa khẩu Trung Quốc. Cầu Bãi Cháy thuộc
thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh với thời gian xây dựng từ tháng 8/2003
đến tháng 9/2006.
1.2.3.2 Tiêu chuẩn Kỹ thuật
Cầu được thiết kế vĩnh cửu theo tiêu chuẩn JBHB-96 cùng với
phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn.
Cầu được thiết kế với cấp đường đô thị loại II (vận tốc 80km/h).
Khổ cầu 2x8,0 + 2x2,5m.
Cầu có độ dốc dọc là 4%, bán kính cong trên mặt bằng R = . Độ dốc
ngang cầu là 2%.
Khổ thông thuyền B xH = 50x200m tính từ mực nước biển cao nhất.
Tuổi thọ thiết kế của công trình là 100 năm.

Dây văng sử dụng loại bó cáp tao đơn đặt trong ống nén của hãng
Freyssinet, gồm 28 cặp dây văng được bố trí thành 1 mặt phẳng dàn dây dạng rẻ
quạt đối xứng từ mỗi trụ tháp. Số lượng các bó cáp thay đổi từ 35 đến 71 tao
loại 15,7mm.
Khoảng cách giữa các đầu neo trên tại vị trí trụ tháp là 1,75m và tại vị trí liên
kết với 6,5m.
Mố
Mố A1 là mố chữ U BTCT kiểu Nhật, đặt trên 4 cọc Shin-so L = 15m ,
đường kính 3m. Bệ móng có kích thước 25,3x4,2x2,5 (m).
Trụ
Có 4 trụ dạng thân đặc dạng hình chữ nhật vát góc bằng BTCT DƯL.
Mặt cắt ngang thân trụ 8,5x2,5m. Trụ P1 và P6 đặt trên móng cọc Shin-so, trụ
P2 đặt trên móng giếng chìm hơi ép. Đặc điểm cụ thể của từng trụ như sau:
Trụ P1: chiều cao 21m tính từ đỉnh bệ móng có kích thước 16x10m. Đặt
trên móng cọc Shin-so D = 2,5m với 2 cọc L = 9,0m và 2 cọc L = 9,5m. Trên
đỉnh trụ có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông.
Trụ P2: chiều cao 41m tính từ đỉnh giếng chìm. Móng giếng chìm có
kích thước 11,5x6x12m. Trên đỉnh trụ có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và
thiết bị chống phản lực âm.
Trụ P5: chiều cao 3m tính từ đỉnh bệ móng có kích thước 16x4,2m. Đặt
trên móng cọc Shin-so D = 3m với 1 cọc L = 9,0m và 2 cọc L = 10m. Trên đỉnh
trụ có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và thiết bị chống phản lực âm.
Trụ P6A: thân trụ 8,9x3x11m tính từ đỉnh bệ móng có kích thước
16x2,5m. Đặt trên móng cọc Shin-so D = 3m với 3 cọc L = 10,5m. Trên đỉnh trụ
có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và thiết bị chống phản lực âm. Trên đỉnh trụ
đặt kết cấu nhịp của cầu dây văng (về phía Bãi Cháy) và kết cấu nhịp của cầu
dẫn số 5 (về phía Hòn Gai).
-20-

1.2.3.4 Cụng ngh lp t v cng cỏp Cu Bói Chỏy Qung Ninh

-22- Hình 1.17: Cấu tảo lớp vở bảo vệ của bó cáp
- Lắp đặt cáp:
+ Chuẩn bị ống dẫn

Hình 1.18: Máy nối ống bảo vệ bó cáp

Hình 1.19: Chuẩn bị lắp đặt ống bảo
vệ

+ Nâng ống dẫn bằng tời hoặc bằng cẩu
-23-
Hình 1.20: Nâng lắp đặt ống bảo vệ bó cáp
+ Lắp đặt từng tao một

Hình 1.21: Chuẩn bị các tao cáp
Hình 1.22: Con xuốt để lắp đặt
tao cáp

-24-

Hình 1.23: Tời kéo phục vụ

trị lực căng của từng tao

Hình 1.31: Hệ thống ISOTENSION