1

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................I
DANH MỤC BẢNG BIỂU...................................................................................III
DANH MỤC HÌNH ẢNH.....................................................................................IV
PHẦN MỞ ĐẦU......................................................................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP..............9
1.1 Lịch sử phát triển cầu treo dây văng hai nhịp..........................................................................9

1.2 SƠ ĐỒ HÌNH THÁI, KẾT CẤU CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP:. .11
1.2.1

Sơ đồ hình thái cầu dây văng...............................................................11

1.2.2

Sơ đồ phân bố dây văng, số mặt phẳng dây, bản mặt cầu, trụ tháp:
12

1.3 KẾT CẤU HÌNH DẠNG THÁP CHỮ A:....................................................20
1.4 ƯU KHUYẾT ĐIỂM CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP:....................21
1.4.1

Ưu điểm :.............................................................................................21

1.4.2

Khuyết điểm:.......................................................................................21

1.5 PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP:......21


2.2.1

Phương pháp gần đúng:.......................................................................28


2

2.2.2

Phương pháp đúng dần........................................................................38

2.3 Các phần mềm tính toán cầu treo dây văng:..........................................................................40

2.3.1

Phần mềm RM.....................................................................................40

2.3.2

Phần mềm SAP2000:...........................................................................43

2.3.3

Phần mềm MIDAS/Civil:....................................................................44

2.4 Kết luận chương 2:..................................................................................................................46

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP CHỮ A
ĐẾN DAO ĐỘNG RIÊNG CỦA CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP...............47

Bảng 3.2 Các thông số vật liệu:.................................................................................
44
Bảng 3.3: Chỉ số hướng tham gia dao động với chiều cao tháp là 54,5m..................
47
Bảng 3.4: Bảng tổng hợp kết quả phân tích dao động riêng với trường hợp
L=150m.....................................................................................................................
65
Bảng 3.5: Bảng tổng hợp kết quả phân tích dao động riêng với trường hợp
L=190m.....................................................................................................................
80
Bảng 3.6 Chu kì dao động riêng của từng dạng (mode) dao động ứng sơ
đồ nhịp với L = 150m................................................................................................
95
Bảng 3.7: Chu kì dao động riêng của từng dạng (mode) dao động ứng sơ
đồ nhịp với L = 190m................................................................................................
95
Bảng 3.8 Hàm liên hệ giữa chu kì t và tỷ lệ h/L ứng với sơ đồ nhịp 150
m+150 m...................................................................................................................
97
Bảng 3.9 Hàm liên hệ giữa chu kì t và tỷ lệ h/L ứng với sơ đồ nhịp 190
m+190 m...................................................................................................................
98


4

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cầu Đăkrông (Quảng Trị)..........................................................................3
Hình 1.2a: Cầu Pont de la Bourse (Pháp)..................................................................4
Hình 1.2b: Cầu Candle (Phần Lan)............................................................................4

Hình 2.1 Mô hình phần tử theo phương pháp sai phân..............................................
38
Hình 2.2 Hình ảnh chương trình RM.........................................................................
42
Hình 2.3 Hình ảnh chương trình SAP2000................................................................
43
Hình 2.4 Hình ảnh chương trình Midas/Civil............................................................
44
Hình 3.1 Sơ đồ kết cấu các trường hợp khảo sát với chiều dài nhịp 150m................
45
Hình 3.2 Sơ đồ kết cấu các trường hợp khảo sát với chiều dài nhịp 190m................
45
Hình 3.3: Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ...........................................................
48
Hình 3.4: Hình dạng trụ tháp chữ A...........................................................................
49
Hình 3.5: Mô hình hóa cầu dây văng hai nhịp trong chương trình Midas..................
49
Hình 3.6: Dao động của cầu ở mode 1 nhìn theo phương X......................................
50
Hình 3.7: Dao động của cầu ở mode 1 nhìn theo phương Y......................................
50
Hình 3.8: Dao động của cầu ở mode 1 nhìn theo phương Z......................................
51
Hình 3.9: Dao động của cầu ở mode 2 nhìn theo phương X......................................
51
Hình 3.10: Dao động của cầu ở mode 2 nhìn theo phương Y....................................
52
Hình 3.11: Dao động của cầu ở mode 2 nhìn theo phương Z.....................................
52

Hình 3.25: Dao động của cầu ở mode 7 nhìn theo phương Y....................................
60
Hình 3.26: Dao động của cầu ở mode 7 nhìn theo phương Z....................................
61
Hình 3.27: Dao động của cầu ở mode 8 nhìn theo phương X....................................
62
Hình 3.28: Dao động của cầu ở mode 8 nhìn theo phương Y....................................
62
Hình 3.29: Dao động của cầu ở mode 8 nhìn theo phương Z....................................
63
Hình 3.30: Dao động của cầu ở mode 9 nhìn theo phương X....................................
63
Hình 3.31: Dao động của cầu ở mode 9 nhìn theo phương Y....................................
64
Hình 3.32: Dao động của cầu ở mode 9 nhìn theo phương Z....................................
64
Hình 3.33: Dao động của cầu ở mode 10 nhìn theo phương X..................................
63
Hình 3.34: Dao động của cầu ở mode 10 nhìn theo phương Y..................................
64
Hình 3.35: Dao động của cầu ở mode 10 nhìn theo phương Z..................................
64
Hình 3.36: Đồ thị quan hệ giữa chu kì và chiều cao trụ tháp của từng dạng
(mode) dao động trong CDV nhịp L=150m...............................................................
96
Hình 3.37: Đồ thị quan hệ giữa chu kì và chiều cao trụ tháp của từng dạng
(mode) dao động trong CDV nhịp L=190m...............................................................
97



nhận được không gây nguy hiểm trong suốt thời gian tuổi thọ của công trình.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Tìm hiểu về cầu treo dây văng 2 nhịp;
Tìm hiểu ứng xử động của cầu treo dây văng;


7

Phân tích dao động riêng của cầu treo dây văng hai nhịp khi thay đổi chiều cao
trụ tháp chữ A.
3. Đối tượng nghiên cứu:
Cầu treo dây văng 2 nhịp đối xứng, 1 mặt phẳng dây, sơ đồ bố trí dây rẻ quạt,
trụ tháp dạng chữ A.
4. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp thu thập thông tin, phương pháp điều tra, phương pháp tổng hợp,
phương pháp phân tích và so sánh, phương pháp mô phỏng, phương pháp chuyên
gia, Phương pháp so sánh, Phương pháp bảng biểu và biểu đồ…


8

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP
1.1 Lịch sử phát triển cầu treo dây văng hai nhịp
Cầu dây văng (CDV) là một trong những dạng công trình có tính mỹ thuật
cao. Cầu dây văng đã và đang được phát triển rộng rãi ở nước ta. Cầu dây văng có
khả năng vượt nhịp lớn, kiến trúc hiện đại. Trên thực tế, tùy vào điều kiện địa chất,
địa hình hoặc do yếu tố mỹ quan thì việc sử dụng cầu dây văng hai nhịp là hợp lý.
Trên thế giới, Cầu dây văng hai nhịp được áp dụng rộng rãi vào những năm
1960 – 1970 của thế kỷ trước. Phương án cầu dây văng hai nhịp được chọn chủ yếu
phụ thuộc điều kiện địa chất, địa hình và yêu cầu về kiến trúc, cảnh quan.

STT

Tên cầu

Quốc gia

Chiều dài cầu
(m)

1

Schillerstrasse

Germany

92,60

Thép

1961

2

Pont de la
Bourse

France

105,00


Candle

Phần Lan

210

Bê tông

1989

7

Orange

Pháp

58

Thép

1996


10

Vật liệu
dầm

Năm
hoàn

101

Bê tông

1998

10

Dakrông

Viêt Nam

129

Thép

1999

11

Malpensa

Italy

140

Thép

2000



230

Bê tông

2013

1.2 Sơ đồ hình thái, kết cấu cầu treo dây văng hai nhịp:
1.2.1 Sơ đồ hình thái cầu dây văng
Cầu dây văng hai nhịp được xây dựng khá phổ biến ở các nước trên thế giới.
Bảng 1.1 giới thiệu một số cầu dây văng hai nhịp được xây dựng ở các nước trên
thế giới và Việt Nam. Cầu dây văng rất da dạng về kiến trúc cũng như kết cấu ta có
thể tạm chia các dạng sơ đồ Cầu dây văng hai nhịp như:
1.2.1.1 Sơ đồ hai nhịp đối xứng:
Với sơ đồ này các dây văng được bố trí đối xứng qua tháp cầu, chiều dài hai
nhịp bằng nhau. Sơ đồ này thường áp dụng tại các nút giao thông khác mức, các cầu
vượt đường với khẩu độ vừa phải và yêu cầu có tính mỹ quan cao.
1.2.1.2 Sơ đồ hai nhịp không đối xứng:
Cầu dây văng hai nhịp không đối xứng thì nhịp lớn sẽ có số khoang lớn hơn
hoặc bằng với số khoang nhịp nhỏ tuỳ theo cách bố trí dây và vị trí tháp cầu.Tháp
cầu dây văng hai nhịp không đối xứng có thể là tháp thẳng đứng hoặc tháp xiên như
cầu Wande (Bỉ).


11

Hình 1.3: Cầu Wande (Bỉ)
1.2.2 Sơ đồ phân bố dây văng, số mặt phẳng dây, bản mặt cầu, trụ tháp:
1.2.2.1 Sơ đồ phân bố dây văng:
Sơ đồ dây đồng quy: Các dây văng quy tụ tại 1 nút cố định trên tháp cầu, từ

 Sơ đồ 1 mặt phẳng dây:

Hình 1.8 :Sơ đồ 1 mặt phẳng dây.


14

 Sơ đồ 2 mặt phẳng dây:

Hình 1.9 :Sơ đồ 2 mặt phẳng dây.
 Sơ đồ 3 mặt phẳng dây:

Hình 1.10 : Sơ đồ 3 mặt phẳng dây.
1.2.2.3 Cấu tạo dầm chủ và bản mặt cầu:


15

1.2.2.3.1 Dầm chủ đơn năng:
Dầm chủ đơn năng bao gồm các khối dầm chủ có tiết diện bất kỳ, chịu lực
như biên chịu nén của dàn. Thường được thiết kế dùng trong cầu dây văng nhiều
mặt phẳng dây.
a) Dầm chủ bằng thép:
Tiết diện ngang của dầm chủ có thể có dạng I đơn, được liên kết bằng các
dầm ngang, trên dầm ngang là hệ dầm dọc và trên dầm dọc là bản mặt cầu bằng bản
thép hoặc bằng BTCT.

Hình 1.11 : Mặt cắt ngang dầm chủ bằng thép.
b) Dầm chủ dạng dàn thép:
Khi cần tăng cường độ cứng của dầm chủ, có thể áp dụng kết cấu dàn. Dàn

thực hiện theo phương pháp đúc hẫng tại hiện trường.

Hình 1.13 : Mặt cắt ngang dầm chủ đa năng bằng bê tông cốt thép.
1.2.2.4 Hình dạng trụ tháp:


17

Trụ tháp cầu là một trong những kết cấu chính trong cầu treo dây văng hai
nhịp. Hình dạng thiết kế của tháp cầu ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định khí động học
của kết cấu cầu dây văng cũng như tính thẩm mỹ của toàn bộ công trình. Tùy vào
hình dạng kích thước và liên kết của tháp với trụ hoặc móng cầu theo chiều dọc có
thể phân thành hai dạng tháp cầu: Tháp mềm và tháp cứng.
Trong thực tế có 3 dạng hình dáng được sử dụng phổ biến là: Dạng chữ A,
dạng chữ H và dạng chữ Y ngược (hình 1.14 ). Số mặt phẳng dây văng cũng ảnh
hưởng đến hình dạng trụ tháp, hình 1.16 thường được sử dụng cho kết cấu cầu treo
dây văng hai mặt phẳng dây và trên hình 1.17 thường được sử dụng cho kết cấu cầu
treo dây văng một mặt phẳng dây.

Hình 1.14 :Ba dạng cơ bản của tháp cầu.


18

Hình 1.15 : Trụ tháp thường sử dụng trong cầu hai mặt phẳng dây.

Hình 1.16 : Trụ tháp thường sử dụng trong cầu một mặt phẳng dây.


19

toàn bộ lực nén, cho nên không có lực đẩy ngang tác dụng vào mố neo như trong
cầu dây võng, cầu vòm. Từ đó tránh được việc xây dựng các mố neo đồ sộ, tốn vật
liệu và cho phép áp dụng vào bất kỳ điều kiện địa chất nào.
1.4.2 Khuyết điểm:
Độ cứng của kết cấu nhỏ hơn so với các dạng cầu dầm thông thường hay cầu
vòm. Dưới tác dụng của tải trọng, dây xiên có độ giãn dài khá lớn ảnh hưởng đến độ
cứng của cầu.
Mức độ thông thoáng của tầm nhìn xe chạy bị giảm. Hệ mặt cầu cho đường
xe chạy có cấu tạo nặng nề, làm tăng tĩnh tải kết cấu nhịp.
1.5 Phương pháp thi công cầu treo dây văng hai nhịp:
1.5.1 Công nghệ thi công dầm chủ theo phương pháp lắp hẫng:
Phương pháp lắp hẫng từng được áp dụng trong thi công cầu Kiền (Hải
Phòng). Phương pháp lắp hẫng là quá trình thi công kết cấu nhịp theo từng phân
đoạn cho đến khi hoàn chỉnh. Các phân đoạn dầm này được chế tạo sẵn ở các bãi
đúc hoặc trong công xưởng.
Công nghệ thi công cầy dây văng theo phương pháp lắp hẫng thường được
thực hiện như sau:
-

Chế tạo các phân đoạn dầm.

-

Di chuyển các khối dầm ra xà lan bằng cẩu long môn.

-

Nâng các khối dầm từ xà lan lên.

-


Lắp đặt và kéo cáp dây văng lần một tới một ứng suất tính toán trước.


22

-

Lắp đặt đà giáo ván khuôn, đặt hai đốt dầm ngang đúc sẵn và hai khung

thép gia công trước của hai dầm dọc vào vị trí. Hoàn thiện công tác cốt thép thường
và dự ứng lực.
-

Đổ bê tông hai dầm chủ và bản mặt cầu bao gồm cả mối nối hai đốt dầm

ngang, mối nối dầm ngang với dầm dọc.
-

Khi bê tông đạt cường độ, hạ toàn bộ hệ thống ván khuôn.

-

Tháo bỏ thanh chống tạm giữa các khối neo dây văng.

-

Căng cáp dự ứng lực của dầm ngang.

-

treo tạm (dây thiên tuyến).
Phương pháp này đã được áp dụng để thi công cầu dây văng Đăkrông ở
Quảng Trị năm 1976 (Hình 1.1). Cầu có tổng chiều dài nhịp chính là 129 m (87m +
42m). Dầm chủ bằng thép được chia làm hai nửa và lắp liên tục ở hai đầu cầu. Hai
dây thiên tuyến được căng trên tháp cầu và neo vào hai hố neo tạm làm đường trượt
qua sông.
Đặc điểm của đường trượt trên dây là không nằm trên mặt phẳng ngang,
đồng thời hình dạng dây lại luôn thay đổi trong quá trình lao dầm, nên tại mỗi nút
của khoang dầm phải bố trí một hệ nâng gồm tời và múp để có thể điều chỉnh cho
cao độ dầm ở vị trí tương đối ngang bằng trong suốt quá trình lao. Như vậy lao dọc


24

trên dây là một quá trình vừa kéo dọc, vừa nâng dầm. Sơ đồ lao dầm thể hiện trên
hình 1.21.
Nhược điểm cơ bản của phương pháp lao dọc trên dây thiên tuyến là cần tập
trung nhiều tời, đặc biệt với các cầu có dầm cứng có chiều cao thấp, độ cứng nhỏ.
Hơn nữa phương pháp này chỉ có lợi khi lao dầm chủ ở nhịp giữa, còn ở các nhịp
biên cần lắp đặt hoặc lao trên trụ tạm. Hình 1.21 trình bày sơ đồ lắp dầm cứng nhờ
dây thiên tuyến.

Hình 1.21 : Sơ đồ thi công theo phương pháp sử dụng dây thiên tuyến
1.6 Kết luận chương 1
Cầu treo dây văng không những là dạng cầu đẹp mà còn là loại cầu có khả
năng vượt nhịp lớn. Vì thế mà cầu treo dây văng ngày càng được phát triển nhiều.
Tuy nhiên do đặc thù điều kiện địa hình, địa chất và yêu cầu mỹ quan, một số cầu
yêu cầu bố trí sơ đồ cầu treo dây văng hai nhịp. Hình dạng trụ tháp thường dùng
dạng trụ chữ A.



-

Phân loại theo số bậc tự do của hệ dao động: