Bài giảng Cầu treo và dây văng

ĐẠI HỌC THỦY LỢI HỌC PHẦN: CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG TS TRƯƠNG VIỆT HÙNG Email: truongviethung@tlu.edu.vn Hà Nội, 2020 CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG  02 TÍN CHỈ - 30 TIẾT HỌC: 22 TIẾT CHO LÝ THUYẾT VÀ TIẾT CHO BÀI TẬP  GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS TRƯƠNG VIỆT HÙNG – BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG  ĐIỂM Q TRÌNH 30%, THI KẾT THÚC 70%  ĐIỂM QUÁ TRÌNH CHIA RA: ĐIỂM DANH + THÁI ĐỘ HỌC TRONG LỚP 10%, BÀI TẬP VỀ NHÀ 20%  VẮNG HỌC QUÁ 30% SỐ TIẾT: CẤM THI MỤC ĐÍCH MƠN HỌC Mơn học cung cấp cho sinh viên: - Các kiến thức cầu treo cầu dây văng - Cấu tạo, kích thước cầu treo cầu dây văng - Ngun tắc tính tốn thiết kế điều chỉnh nội lực cầu treo cầu dây văng NỘI DUNG MÔN HỌC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG DÂY CÁP CHƯƠNG HỆ CÁP CHƯƠNG ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC CẦU DÂY VĂNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Cầu bê tông cốt thép đường ô tô (tập 1) – Lê Đình Tâm, NXB Xây dựng, HN 2009 Cầu bê tông cốt thép đường ô tơ (tập 2) – Lê Đình Tâm, NXB Xây dựng, HN 2008 Các ví dụ thiết kế kết cấu nhịp cầu BTCT đường ô tô theo 22TCN 272-05 – Phạm văn Thoan, Nguyễn Quý Thành, Nguyễn Trưởng Toán… NXB Xây Dựng, HN 2014 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272.05 - Bộ GTVT Bridge Engineering Handbook - Wai Fan Chen and Lien Duan, NXB CRC press, NewYork, 2000 Design of highway bridge - Richard M.Baker, Jay A.Pucket, NXB MC Graw Hill, 1997 ĐẠI HỌC THỦY LỢI HỌC PHẦN: CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG TS TRƯƠNG VIỆT HÙNG Email: truongviethung@tlu.edu.vn Hà Nội, 2020 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VÀ LỊCH SỬ HỆ THỐNG CẦU CÓ CÁP HỖ TRỢ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG  Thuộc hệ thống cầu có hỗ trợ dây cáp (cable supported bridges)  Có khả vượt nhịp lớn: 200 – 2000 m  phận chính: (1) Hệ mặt cầu (hệ dầm mặt cầu); (2) Hệ cáp hỗ trợ cho hệ mặt cầu; (3) Tháp cầu hỗ trợ cho hệ cáp; (4) Các ụ neo (hoặc trụ neo) 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Cầu treo dây võng  Cầu treo dây võng gồm: cáp (cáp chủ), cáp treo (dây treo)  Thường có dạng nhịp: nhịp lớn nhịp bên ngắn nhịp bên thường dài nhau, số trường hợp khác  Nếu cầu cầu nhịp phải bố trí dây neo để truyền lực ngang cáp chủ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Cầu dây văng  Cầu dây văng bao gồm dây thẳng liên kết hệ mặt cầu tháp cầu  Dựa vào dạng hệ dây chia thành loại:  Sơ đồ dây đồng qui (Fan system);  Sơ đồ dây dạng rẻ quạt (semi-harp);  Sơ đồ dây dạng song song (Harp) 3.4 HỆ THỐNG CÁP SONG SONG (HARP SYSTEM) 3.4.7 Tổng giá thành hệ cáp tháp cầu (3.94) 91 3.4 HỆ THỐNG CÁP SONG SONG (HARP SYSTEM) 3.4.7 Tổng giá thành hệ cáp tháp cầu (3.94) 92 BÀI KIỂM TRA Bài 1: Cho dây cáp hình vẽ Biết a = 500 m, h = 40 m, q(x) = q = 40 KN/m, lực căng cáp theo phương ngang H = 15000 KN a) Tính phản lực gối dầm tương ứng R(0), R(a) cáp RV(0), RV(a) ? b) Viết phương trình đường cong cáp y phương trình độ võng cáp k(x) ? c) Tính chiều dài dây s ? d) Tính độ giãn dài dây s ? Câu 2: Cho cầu treo nhịp có tổng chiều dài 800m chịu tĩnh tải phân bố g = 60 KN/m hoạt tải phân bố p = 30 KN/m, ứng suất cho phép cáp fcbd = 1000 MPa, mô đun đàn hồi E = 180 GPa Yêu cầu: a) Đưa phương án sơ cầu treo phương án sơ cầu dây văng về: chiều dài nhịp hai nhịp bên cầu ? b) Đưa phương án sơ cáp treo, cáp chủ, tháp cầu cho cầu treo cho cầu dây văng ? c) Tính sơ tiết diện cáp phương án ? 93 ĐẠI HỌC THỦY LỢI HỌC PHẦN: CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG TS TRƯƠNG VIỆT HÙNG Email: truongviethung@tlu.edu.vn Hà Nội, 2020 CHƯƠNG ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC CẦU DÂY VĂNG 4.1 MỤC ĐÍCH CDV: + Như dầm liên tục tựa gối đàn hồi gối cứng, + Độ võng tĩnh tải làm sai lệch trắc dọc độ dốc thiết kế → Do cần phải tạo trạng thái biến dạng nội lực ngược chiều để trạng thái tốt Ví dụ: + Cao độ nút neo dây vị trí hợp lý tác dụng tĩnh tải + Biểu đồ mơmen uốn dầm chủ có lợi 4.2 TRẠNG THÁI XUẤT PHÁT  Nếu thi công theo phương pháp đúc hẫng lắp hẫng trụ mở rộng trạng thái A bao gồm tháp cầu, hai đốt lắp dây  Nếu dầm lắp đà giáo thi trạng thái A hệ dầm dây lắp xong chưa điều chỉnh, dầm cứng kê số gối tùy chọn, gối cứng gối đàn hồi 4.3 ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC BẰNG CĂNG KÉO CÁP VĂNG  Căng kéo dây để tạo phản lực thẳng đứng cách hợp lý để giảm chuyển vị mô men dầm tháp cầu  Cần xác định bước thi công, sơ đồ chịu lực giai đoạn, thứ tự căng chỉnh, nội lực cần căng dây biến dạng nút  Mỗi dây căng chỉnh nhiều lần, việc vi chỉnh căng lại dây cần hạn chế tối thiểu  Trình tự căng kéo gắn liền với bước thi công, tránh gây q tải cho cơng trình tác dụng tĩnh tải, lực điều chỉnh hoạt tải thi công 4.4 NGUYÊN TẮC LẬP VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐCNL - Phù hợp với biện pháp thi công - Đảm bảo đạt mục tiêu đề - Đảm bảo tính đơn giản cơng tác căng chỉnh - Đảm bảo điều kiện biên nội lực: Khơng có dây bị nén q trình thi cơng (N > 0) Nội lực thi công (đặc biệt mô men uốn dầm) hợp lý 4.4 NGUYÊN TẮC LẬP VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐCNL Trình tự thi công kết cấu nhịp: - Lắp đốt K0 giàn giáo - Lắp hẫng đốt dầm, lắp căng dây văng tương ứng với sơ đồ chịu lực - Hợp long nhịp biên, lắp gối cầu trụ biên, neo dầm vào trụ - Hợp long nhịp giữa: - Hợp long 1: Hợp long nhịp biên - Hợp long 2: Hợp long nhịp - Loại bỏ liên kết tạm dầm tháp (cắt ngàm) - Chất tĩnh tải 4.4 NGUYÊN TẮC LẬP VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐCNL Phương án điều chỉnh nội lực:  Đợt 1: căng chỉnh dây văng sau thi công hẫng đốt dầm + Lực căng dây giai đoạn lực căng đảm bảo sau hợp long tác dụng tĩnh tải ảnh hưởng thứ cấp từ biến co ngót giai đoạn thi cơng chuyển vị vị trí điểm neo dây cao độ mong muốn + Chuyển vị khống chế: tùy chọn, ví dụ: Yci = [± 0.001m] + Việc căng chỉnh tiến hành đồng thời cho dây bên tháp  Đợt 2: căng chỉnh dây văng sơ đồ cầu hoàn thiện (sau hợp long, loại bỏ liên kết tạm, giải tĩnh tải phần 2), nhằm đạt trắc dọc mong muốn sau thi công (Yc = [± 0.001m]) Mỗi lần căng dây, đối xứng qua trục đối xứng cầu 4.5 NỘI DUNG SƠ CHỈNH  Đây giai đoạn đúc hẫng cân bằng, Nhịp biên nhịp có đốt đúc đối xứng  Mục tiêu cho lần căng chỉnh thứ sau đúc xong khối K10 độ võng nút cuối để khớp với vị trí hợp long  Chuyển vị nút sinh hai nguyên nhân:  Tĩnh tải đốt đúc,xe đúc, tải trọng thi công  Lực căng dây  Như để cao độ nút cuối cao độ thiết kế cho ván khn độ võng đúc khối phải độ vồng lên hai nút cuối căng dây  Lưu ý: đảm bảo chuyển vị dầm sau căng yêu cầu 4.5 NỘI DUNG SƠ CHỈNH  Hệ phương trình để giải lực căng bước thi công: aii X i  aik X k  yi   a ki X i  a kk X k  y k  aii : Chuyển vị nút i căng Xi = gây aik : Chuyển vị nút i căng Xk= gây aki : Chuyển vị nút k căng Xi = gây akk : Chuyển vị nút k căng Xk = gây Xi : Lực căng cần tính dây thứ i Xk : Lực căng cần tính dây thứ k Yi : Độ võng tổng độ võng nút i sau đúc dầm đến nút i Yk : Độ võng tổng độ võng nút i sau đúc dầm đến nút k i,k : Kí hiệu cặp dây tương ứng đối xứng qua tháp đồng thời kí hiệu cho cặp nút cặp đốt dầm tương ứng 10 4.6 NỘI DUNG VI CHỈNH  Mục tiêu đặt lần căng chỉnh cuối (Vi chỉnh) điều chỉnh dây để độ lệch trắc dọc hợp lý, ví dụ: khoảng (-0.001m; +0.001m)  Sơ đồ tính tốn tác động q trình thi cơng: • Đúc đốt hợp long BT ướt • Sau đốt hợp long khô căt ngàm • Rải tĩnh tải GD2 tiền hành căng chỉnh cáp  Hệ phương trình để giải lực căng hồn toàn tương tự giai đoạn sơ chỉnh 11 4.7 HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH BẰNG MIDAS  Hướng dẫn thực hành máy tính 12