Ảnh hưởng của các sơ đồ bố trí dây treo đến

MỤC LỤC MỤC LỤC BẢNG BIỂU III MỤC LỤC HÌNH VẼ IV PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ CẦU VỊM THÉP CĨ THANH CĂNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Các dạng vòm 1.2 CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CẦU VÒM THÉP CÓ THANH CĂNG 16 1.2.1 Hệ dầm mặt cầu 16 1.2.2 Vành vòm 18 1.2.3 Chân vòm 21 1.2.4 Hệ giằng 22 1.2.5 Dây treo 22 1.3 TÌNH HÌNH ÁP DỤNG KẾT CẤU CẦU VỊM THÉP CĨ THANH CĂNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 27 1.3.1 Đặc điểm vật liệu thép 27 1.3.2 Kết cấu cầu vịm thép có căng áp dụng giới 28 1.3.3 Kết cấu cầu vịm thép có căng áp dụng Việt Nam 34 1.4 MỤC TIÊU NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 36 CHƯƠNG :NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SƠ ĐỒ DÂY TREO ĐẾN ỨNG XỬ KẾT CẤU CỦA CẦU VỊM THÉP CĨ THANH CĂNG 37 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 37 2.1.1 Số liệu dùng khảo sát 37 2.1.2 Các tiêu đánh giá 38 2.2 MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN KẾT CẤU 39 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH 39 2.3.1 Lực tới hạn dầm chủ 39 2.3.2 Ổn định tổng thể 40 2.4 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 42 2.4.1 Thanh căng 42 2.4.2 Vành vòm 46 2.4.3 Dây treo 49 2.4.4 Bảng tổng hợp kết 50 ii - 2.4.5 Ổn định tổng thể 53 2.5 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 53 2.5.1 Nhận xét kết quả: 53 2.5.2 Đánh giá: 54 CHƯƠNG :NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC ĐẾN NỘI LỰC VÀ ỔN ĐỊNH CẦU VỊM THÉP CĨ THANH CĂNG VỚI SƠ ĐỒ DÂY TREO DẠNG LƯỚI 56 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 56 3.2 HÌNH DẠNG VÀNH VỊM 56 3.2.1 Kết 57 3.2.2 Ổn định tổng thể 58 3.2.3 Nhận xét 59 3.2.4 Kết luận 59 3.3 CHIỀU CAO ĐƯỜNG TÊN VÒM 60 3.3.1 Kết 60 3.3.2 Ổn định tổng thể 64 3.3.3 Nhận xét 64 3.3.4 Kết luận 65 3.4 GÓC NGHIÊNG DÂY TREO 65 3.4.1 Kết 66 3.4.2 Ổn định tổng thể 70 3.4.3 Nhận xét 71 3.4.4 Kết luận 71 3.5 KẾT LUẬN CHUNG CHƯƠNG 72 PHẦN KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 76 iii - MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Thống kê số cầu vòm nhịp lớn giới 13 Bảng 2-1 Lực dọc Nx dây treo (KN) 50 Bảng 2-2 Mô men uốn My Thanh căng vành vòm 51 Bảng 2-3 Lực dọc Nx Thanh căng vành vòm 52 Bảng 2-4 Bảng hệ số lực tới hạn phương án 53 Bảng 3-1 Bảng hệ số lực tới hạn hai phương án 59 Bảng 3-2 Bảng tổng hợp mô men uốn Thanh căng 62 Bảng 3-3 Bảng tổng hợp lực dọc Thanh căng 62 Bảng 3-4 Bảng tổng hợp mô men uốn Vành vòm 63 Bảng 3-5 Bảng tổng hợp lực dọc Vành vòm 64 Bảng 3-6 Bảng hệ số lực tới hạn 64 Bảng 3-7 Bảng tổng hợp mô men uốn Thanh căng, Vành vòm 70 Bảng 3-8 Bảng hệ số lực tới hạn 71 iv - MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Pont du Gard Aqueduct (xây dựng năm 19 B.C) Hình 1-2 Cầu kim loại Coalbrookdale, England (1777-1779) Hình 1-3 Cầu Chongqing Chaotianmen, Trung Quốc Hình 1-4 Cầu đường sắt Martin Gil Hình 1-5 Cầu Lupu, Trung Quốc Hình 1-6 Các sơ đồ cầu vòm 10 Hình 1-7 Cầu Alcántara , Tây Ban Nha (xây năm 103-106 AD) 11 Hình 1-8 Kênh dẫn nước Segovia (ca 100 AD) 11 Hình 1-9 Cầu vịm chạy 11 Hình 1-10 Cầu vịm chạy 11 Hình 1-11 Cầu vịm đường sắt Du moulin (Pháp) 12 Hình 1-12 Cầu vịm chạy 12 Hình 1-13 Cầu gỗ Kintai, Iwakuni, Nhật Bản 15 Hình 1-14 Cầu vịm thép cảng Sydney, Australia 15 Hình 1-15 Cầu vịm bê tơng Lupu,Thượng Hải, Trung Quốc 15 Hình 1-16 Mặt cắt ngang Thanh căng vị trí có sườn tăng cường đứng 16 Hình 1-17 Hình ảnh hệ dầm ngang dầm dọc mặt cầu 16 Hình 1-18 Dầm ngang, dầm dọc 17 Hình 1-19 Một số hình ảnh mặt cầu BTCT liên hợp 18 Hình 1-20 Mặt cắt ngang Vành vòm 18 Hình 1-21 Mặt cắt ngang cầu vòm với vành vòm thẳng đứng 19 Hình 1-22 Mặt cắt ngang cầu vịm với vành vòm nghiêng 20 Hình 1-23 Cấu tạo chân vịm 21 Hình 1-24.Hệ thống bó cáp tao song song 23 Hình 1-25.Hệ thống bó cáp sợi song song 23 Hình 1-26 Chi tiết mối nối vịm tiết diện chữ H dây treo 24 Hình 1-27 Chi tiết mối nối vịm tiết diện hộp dây treo 24 Hình 1-28 Neo bị động dạng chốt dùng để nối dây treo với vành vòm 24 Hình 1-29 Neo có dạng chốt kết hợp tăng 25 Hình 1-30 Neo chủ động dùng cho dây treo dạng tao cáp song song 26 v- Hình 1-31 Chi tiết liên kết điểm giao cắt dây treo 26 Hình 1-32 Chi tiết dây treo 27 Hình 1-33 Cầu vịm kiểu 28 Hình 1-34 Cầu Nijmegen, Hà Lan 29 Hình 1-35.Vành vịm cứng 29 Hình 1-36 Cầu Hendrik-ido-ambacht, Hà Lan 29 Hình 1-37 Thanh căng dầm cứng 30 Hình 1-38 Cầu Culemborg, Hà Lan 30 Hình 1-39 Cầu Oster Daleelven, Thụy Điển 30 Hình 1-40 Dạng kết cấu cầu vịm Nielsen cấp sáng chế 31 Hình 1-41 Cầu Castelmoron, Pháp 31 Hình 1-42 Mặt cắt ngang mặt cầu BTCT 32 Hình 1-43 Cầu Fehmarn Sound, Đức, 1964 32 Hình 1-44 Cầu Shinhamadera, Nhật Bản, 1991 33 Hình 1-45 Cầu vịm qua sơng Bolshaya Okhta , Saint-Petersburg, Russia 33 Hình 1-46 Cầu vịm Shin-hamadera, tỉnh Sakai, Nhật Bản, nhịp 254m 34 Hình 1-47 Cầu vịm Apllo, Bratislava, CH Slovakia, nhịp 231m 34 Hình 1-48 Cầu vịm Mỹ Lợi vượt sơng Vàm Cỏ, tỉnh Long An Tiền Giang 36 Hình 2-1 Mặt cắt ngang cấu kiện vòm 37 Hình 2-2 Sơ đồ dây treo thẳng đứng 38 Hình 2-3 Sơ đồ dây treo xiên hướng tâm 38 Hình 2-4 Sơ đồ dây treo dạng lưới cắt chéo 38 Hình 2-5: Bố trí gối cầu 39 Hình 2-6 Biểu đồ mơ men uốn căng –Dây treo thẳng đứng (KNm) 43 Hình 2-7 Biểu đồ mơ men uốn căng –Dây treo xiên (KNm) 43 Hình 2-8 Biểu đồ mơ men uốn căng –Dây treo dạng lưới (KNm) 43 Hình 2-9 Biểu đồ mơ men uốn căng –Do tĩnh tải (KNm) 44 Hình 2-10 Biểu đồ mô men uốn căng –Do hoạt tải (KNm) 44 Hình 2-11 Biểu lực dọc căng – Dây treo thẳng đứng (KN) 44 Hình 2-12 Biểu lực dọc căng –Dây treo xiên (KN) 45 Hình 2-13 Biểu lực dọc căng –Dây treo dạng lưới (KN) 45 Hình 2-14 Biểu lực dọc căng –Do tĩnh tải (KN) 45 Hình 2-15 Biểu lực dọc căng –Do hoạt tải (KN) 46 vi - Hình 2-16 Biểu đồ mơ men uốn vành vịm –Dây treo thẳng đứng (KNm) 46 Hình 2-17 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –Dây treo xiên (KNm) 46 Hình 2-18 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –Dây treo dạng lưới (KNm) 47 Hình 2-19 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –Do tĩnh tải (KNm) 47 Hình 2-20 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –Do hoạt tải (KNm) 47 Hình 2-21 Biểu đồ lực dọc căng – Dây treo thẳng đứng (KN) 48 Hình 2-22 Biểu đồ lực dọc căng –Dây treo xiên (KN) 48 Hình 2-23 Biểu đồ lực dọc căng –Dây treo dạng lưới (KN) 48 Hình 2-24 Biểu đồ lực dọc căng –Do tĩnh tải (KN) 49 Hình 2-25 Biểu đồ lực dọc căng –Do hoạt tải (KN) 49 Hình 2-26 Biểu lực dọc dây treo –Sơ đồ dây thẳng đứng (KN) 49 Hình 2-27 Biểu lực dọc dây treo –Sơ đồ dây xiên hướng tâm (KN) 50 Hình 2-28 Biểu lực dọc dây treo –Sơ đồ dây xiên dạng lưới (KN) 50 Hình 3-1 Vòm Parabol bậc hai 57 Hình 3-2 Vịm đường cong tròn, R=106m 57 Hình 3-3 Biểu đồ mơ men My Thanh căng – Do tĩnh tải (KNm) 57 Hình 3-4 Biểu đồ mô men My Thanh căng – Do hoạt tải (KNm) 58 Hình 3-5 Biểu đồ mơ men My Vành vịm – Do tĩnh tải (KNm) 58 Hình 3-6 Biểu đồ mơ men My Vành vịm – Do hoạt tải (KNm) 58 Hình 3-7 Vòm với chiều cao đường tên f=15% chiều dài nhịp 60 Hình 3-8 Vịm với chiều cao đường tên f=22% chiều dài nhịp 60 Hình 3-9 Biểu đồ mô men uốn My Thanh căng -do Tĩnh tải (KNm) 61 Hình 3-10 Biểu đồ lực dọc Nx Thanh căng -do Tĩnh tải (KNm) 61 Hình 3-11 Biểu đồ mơ men uốn My Vành vòm -do Tĩnh tải (KNm) 63 Hình 3-12 Biểu đồ lực dọc Nx Vành vòm-do Tĩnh tải (KNm) 63 Hình 3-13 PA1 – Dây treo góc xiên khơng đổi, 34 dây 65 Hình 3-14 PA2 – Dây treo điểm giao cắt hướng tâm, 34 dây 66 Hình 3-15 PA3 – Dây treo điểm giao cắt hướng tâm, 52 dây 66 Hình 3-16 Biểu đồ mô men uốn căng –PA1(KNm) 66 Hình 3-17 Biểu đồ mơ men uốn căng –PA2 (KNm) 67 Hình 3-18 Biểu đồ mơ men uốn căng –PA3 (KNm) 67 Hình 3-19 Biểu đồ mơ men uốn căng –Do tĩnh tải (KNm) 67 Hình 3-20 Biểu đồ mơ men uốn căng –Do hoạt tải (KNm) 68 vii - Hình 3-21 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –PA1 (KNm) 68 Hình 3-22 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –PA2 (KNm) 68 Hình 3-23 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –PA3 (KNm) 69 Hình 3-24 Biểu đồ mơ men uốn vành vịm –Do tĩnh tải (KNm) 69 Hình 3-25 Biểu đồ mơ men uốn vành vịm –Do hoạt tải (KNm) 69 -1- PHẦN MỞ ĐẦU Cầu vòm dạng kết cấu có lịch sử phát triển lâu dài, nguyên lý thi công biết đến áp dụng thành cơng từ hàng kỷ Cơng trình cầu vòm tiếng hệ thống vòm dẫn nước xây dựng kỹ sư đế chế La Mã tồn 2000 năm Vật liệu đá loại cho xây dựng kết cấu vòm cách khoảng kỷ Vào năm 1779, cầu vòm kim loại xây dựng thung lũng sông Severn, vùng Coalbrookedale, Anh Cho đến cầu thời gian phục vụ hạn chế chủ yếu cho mục đích Sau kỷ ngun cầu vòm, với nhiều cầu nhịp lớn xây dựng Mãi tới năm 1900, đá vật liệu so sánh lựa chọn với sắt thép Sau năm 1900, bê tông trở thành vật liệu chủ yếu để xây dựng cầu vòm nhịp nhỏ Sự phát triển ngành công nghiệp chế tạo thép kết cấu mang lại cho xây dựng cầu vòm với nhịp dài kinh tế cầu Fremont qua vịnh Portland dài 385m hoàn thành năm 1973, cầu New River Gorge Fayetteville dài 520m hoàn thành năm 1977 Cùng với việc phát triển chiều dài nhịp cầu vòm đa dạng kiểu dáng loại hình kết cấu Với loại vịm chạy trên, chạy giữa, chạy Kiểu dây treo thẳng đứng song song, dây treo xiên… Cầu vòm dây treo xiên loại kết cấu có tính thẩm mỹ cao, vượt nhịp tương đối lớn Loại cầu xây dựng nhiều nước giới với kiểu dáng phong phú Để có sở lựa chọn kiểu sơ đồ cầu loại cần phải có đánh giá chi tiết kiểu sơ đồ cầu vòm có sơ đồ bố trí dây khác dây treo thẳng đứng sơ đồ dây hướng tâm khơng cắt Sơ đồ bố trí dây treo ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử kết cấu, định đến nội lực biến đổi nội lực bên phận kết cấu, phụ thuộc nhiều yếu tố chiều dài nhịp, -2- chiều cao đường tên vòm, số lượng dây treo, tải trọng đường tên vành vòm Khi cấu tạo sơ đồ dây hợp lý lực dọc dây treo mơ men uốn vành vòm căng nhỏ, dẫn đến tiết diện kết cấu nhỏ theo giảm trọng lượng thân kết cấu giá thành xây dựng cơng trình cầu Hiện nay, Việt Nam số cơng trình cầu vịm q trình hồn thành cầu Đơng Trù kết cấu vịm nhồi bê tông, sơ đồ dây treo thẳng đứng, cầu Bình Lợi kết cấu vịm thép Nielsen nhịp 150m, cầu Mỹ Lợi kết cấu vòm thép Nielsen nhịp 150m Nhu cầu xây dựng cơng trình cầu nhịp trung bình, trọng lượng kết cấu nhẹ, thời gian thi cơng nhanh, kiến trúc thẩm mỹ đẹp thời gian tới đặt yêu cầu nghiên cứu chuyên sâu toàn diện, mặt lý thuyết thực nghiệm loại hình kết cấu -3- CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ CẦU VỊM THÉP CĨ THANH CĂNG 1.1 1.1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM Lịch sử phát triển Kết cấu dạng vòm kết cấu cổ xưa mà người sáng tạo nhằm vượt chướng ngại vật tuyến đường Nhận thấy lợi kết cấu dạng vòm chủ yếu chịu nén, nhiều cơng trình vịm đá xây dựng đế chế La Mã cịn tồn đến ngày Có thể nói kết cấu vịm nói chung cầu vịm đá nói riêng dạng kết cấu cổ mang nhiều ưu điểm khả chịu lực tính thẩm mỹ Một số cơng trình cầu vịm đá tiếng cầu Atalanca bắc qua sông Tagus Tây Ban Nha đặc biệt cầu Đan Hà, Phổ Thành, Tây Sơn, Trung Quốc cầu vòm đá nhịp lớn giới (146m) hồn thành năm 2001 Nguồn gốc cầu vịm chưa làm rõ Các học giả nghiên cứu phương Đơng cho cầu vịm sơng Euphrateo Syria sông Tigris Iraq người Sunnit cổ đại phát triển từ vòm gạch mà thành Có ý kiến cho vịm người theo vòm đá tự nhiên ḿà phát triển lên, có người cho từ cầu dầm đá hẫng, tiến đến cầu dầm đá nhiều hình phát triển lên mà thành v.v Trên thực tế, thời cổ đại, giao thông không thuận tiện, hoạt động người bị hạn chế, loại kết cấu có nhiều nguồn gốc, phần lớn dựa vào độc lập phát triển, không cần thiết phải hiểu rõ cầu vòm phát minh, địa phương xây dựng Tuy nhiên, điều cần hiểu rõ việc xây dựng áp dụng cầu vịm, tiến trình chinh phục tự nhiên vươn tới văn minh có tác dụng to lớn So với cầu dầm đá, cầu vịm khơng cần khối đá lớn, lựa chọn vật liệu dễ dàng, (cả vật liệu thiên nhiên nhân tạo gạch) có khả vượt độ lớn Do đó, ngày nay, cầu vịm dạng kết cấu áp dụng phổ biến Trước công nguyên từ 200 đến 260 năm, người La Mã cổ đại xây dựng - 63 - -1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1000 2000 3000 4000 My-DC-f=0.15L My-DC-f=0.16L My-DC-f=0.17L My-DC-f=0.19L My-DC-f=0.20L My-DC-f=0.22L Hình 3-11 Biểu đồ mơ men uốn My Vành vịm -do Tĩnh tải (KNm) -8000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 -9000 -10000 -11000 -12000 -13000 -14000 -15000 Nx-DC-f=0.15L Nx-DC-f=0.16L Nx-DC-f=0.17L Nx-DC-f=0.19L Nx-DC-f=0.20L Nx-DC-f=0.22L Hình 3-12 Biểu đồ lực dọc Nx Vành vòm-do Tĩnh tải (KNm) Bảng 3-4 Bảng tổng hợp mơ men uốn Vành vịm Vành vịm Tiêu chí Tĩnh tải f=0.15L (1) f=0.16L (2) f=0.17L (3) f=0.19L (4) f=0.20L (5) f=0.22L (6) MaxM 2423.67 2598.12 2680.10 2922.09 3081.9 3340.95 MinM 278.83 100.86 -136.71 118.81 1.88 -152.43 AveM 883.92 796.12 706.83 583.1797 553.1648 486.5712 - 64 - Bảng 3-5 Bảng tổng hợp lực dọc Vành vòm Vành vịm Tiêu chí Tĩnh tải f=0.15L (1) f=0.16L (2) f=0.17L (3) f=0.19L (4) f=0.20L (5) f=0.22L (6) MaxN -13774.87 -12932.44 -12186.33 -11088.87 -10334.92 -9771.86 MinN -14210.22 -13578.41 -12955.33 -11951.83 -11392.8 -10822.97 AveN -14040.00 -13259.05 -12552.91 -11455.58 -10774.14 -10129.95 Mô men uốn My Vành vòm (KNm) Lực dọc Nx Vành vòm (KN) 3800 -8000 3300 -9000 2800 2300 -10000 1800 -11000 1300 -12000 800 -13000 300 -200 -700 -14000 -15000 Max M Min M Ave M Max N Min N Ave N 3.3.2 Ổn định tổng thể Bảng 3-6 Bảng hệ số lực tới hạn Mode Hệ số Buckling () f=0.15L f=0.16L f=0.17L f=0.19L f=0.20L f=0.22L 1.958 2.084 2.212 2.464 2.647 2.837 3.937 4.203 4.459 5.020 5.415 5.859 6.273 6.690 7.096 7.994 8.633 9.243 7.344 7.649 8.047 8.633 9.573 9.332 8.284 8.730 9.170 9.430 9.659 9.783 9.104 9.708 10.192 10.839 11.032 11.844 9.635 9.883 10.303 11.648 11.860 12.001 9.790 10.297 10.531 12.045 12.586 13.556 11.844 11.740 12.312 12.730 13.582 13.646 10 12.426 13.244 14.057 15.041 14.645 16.203 3.3.3 Nhận xét  Vành vòm căng kết cấu cầu vòm dây treo xiên dạng lưới - 65 - làm việc cung kê gối giản đơn: Thanh căng chịu kéo, vành vòm chịu nén Độ lớn lực dọc vành vòm căng tỷ lệ nghịch với độ tăng đường tên vòm, biểu đồ thống kê nội lực cho thấy tỷ lệ đường tên vòm chiều dài nhịp lớn làm giảm lực dọc căng vành vòm  Điều với mô men nhiên thấy độ giảm giá trị mơ men có phần nhỏ hơn so với lực dọc  Khi tỷ lệ đường tên vịm tăng, giá trị mơ men đầu vòm (thanh căng, vành vòm) tăng lên Chân vòm nơi tập trung ứng suất cục giá trị mơ men lớn khơng có lợi mặt chịu lực  Tỷ lệ đường tên vòm tăng, khả ổn định tổng thể giảm 3.3.4 Kết luận  Tỷ lệ đường tên vòm chiều dài nhịp lớn có lợi cho khả chịu lực kết cấu vòm, nhiên yếu tố mỹ học cần phải xem xét đến, chiều cao vòm hợp lý nằm khoảng 0.17 đến 0.2 chiều dài nhịp 3.4 GÓC NGHIÊNG DÂY TREO Trong phần này, luận văn vào phân tích sơ đồ dây treo cầu vịm thép có căng dây treo dạng luới Chiều dài nhịp L=150m, đường tên vòm f=30m  Phương án 1: Dây treo có góc xiên không đổi so với căng  = 62º, số lượng dây treo n= 34 dây; Hình 3-13 PA1 – Dây treo góc xiên khơng đổi, 34 dây - 66 -  Phương án 2: Dây treo có điểm giao cắt hướng tâm, góc dây treo bán kính qua điểm giao cắt  = 45º, số lượng dây treo n=34 dây; Hình 3-14 PA2 – Dây treo điểm giao cắt hướng tâm, 34 dây  Phương án 3: Dây treo có điểm giao cắt hướng tâm, góc dây treo bán kính qua điểm giao cắt  = 40º, số lượng dây treo n=52 dây; Hình 3-15 PA3 – Dây treo điểm giao cắt hướng tâm, 52 dây 3.4.1 Kết a) Thanh căng: -4000 -2000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 2000 My-DC My-LLmax My-LLMin Hình 3-16 Biểu đồ mô men uốn căng –PA1(KNm) 140 150 - 67 - -6000 -3000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 140 150 3000 6000 9000 My-DC My-LLmax My-LLMin Hình 3-17 Biểu đồ mô men uốn căng –PA2 (KNm) -2500 -1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 500 2000 My-DC My-LLmax My-LLMin Hình 3-18 Biểu đồ mơ men uốn căng –PA3 (KNm) -5000 -2000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 1000 4000 7000 My-DC-PA1-34day My-Dc-PA2-34 day My-DC-PA3-52 day Hình 3-19 Biểu đồ mô men uốn căng –Do tĩnh tải (KNm) 150 - 68 - -2500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 500 3500 My-LLmax-PA1 My-LLmax-PA2 My-LLmax-PA3 My-LLmin-PA1 My-LLmin-PA2 My-LLmin-PA3 Hình 3-20 Biểu đồ mơ men uốn căng –Do hoạt tải (KNm) b) Vành vòm -1500 -500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 500 1500 2500 3500 My-DC My-LLmax My-LLMin Hình 3-21 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –PA1 (KNm) -2000 -1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1000 2000 3000 4000 5000 My-DC My-LLmax My-LLMin Hình 3-22 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –PA2 (KNm) 140 150 - 69 - -750 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 140 150 250 1250 2250 My-DC My-LLmax My-LLMin Hình 3-23 Biểu đồ mơ men uốn vành vòm –PA3 (KNm) -2000 -1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1000 2000 3000 4000 5000 My-DC-PA1 My-DC-PA2 My-DC-PA3 Hình 3-24 Biểu đồ mơ men uốn vành vịm –Do tĩnh tải (KNm) -1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 1000 My-LLmax-PA1 My-LLmax-PA2 My-LLmax-PA3 My-LLmin-PA1 My-LLmin-PA2 My-LLmin-PA3 Hình 3-25 Biểu đồ mơ men uốn vành vịm –Do hoạt tải (KNm) 150 - 70 - Bảng 3-7 Bảng tổng hợp mơ men uốn Thanh căng, Vành vịm Thanh căng Tiêu chí Vành vịm PA1 (1) PA2 (2) PA3 (3) PA1 (1) PA2 (2) PA3 (3) MaxM 1481.86 6639.93 1484.08 3081.90 4087.82 2418.21 MinM -2907.79 -3855.20 -2253.72 1.88 -1333.26 -400.99 AveM 685.30 658.93 718.87 553.16 326.98 446.68 MaxM 2121.84 4215.84 2320.88 1017.63 1180.34 911.04 MinM -1080.10 -1786.37 -957.34 -471.43 -569.89 -268.44 Hoạt tải AveMmax 1747.43 2640.86 1835.93 522.41 431.20 378.27 AveMmin -626.84 -1478.02 -868.69 -221.42 -245.89 -150.65 AveM 2374.27 4118.88 2704.62 743.82 677.09 528.92 Tĩnh tải Mô men uốn My Thanh căng Tĩnh tải (KNm) Mô men uốn My Thanh căng Hoạt tải (KNm) 8000 8000 6000 6000 4000 4000 2000 2000 -2000 -2000 -4000 -4000 -6000 -6000 Max M Min M Ave M Max M Mơ men uốn My Vành vịm Tĩnh tải (KNm) Min M Ave M Mô men uốn My Vành vòm Hoạt tải (KNm) 5000 5000 4000 4000 3000 3000 2000 2000 1000 1000 -1000 0 -1000 -2000 -2000 Max M Min M 3.4.2 Ổn định tổng thể Ave M Max M Min M Ave M - 71 - Bảng 3-8 Bảng hệ số lực tới hạn Hệ số Buckling () Mode PA1 PA2 PA3 2.647 2.772 2.625 5.415 7.076 5.835 8.633 7.555 8.762 9.573 8.223 8.804 9.659 9.815 9.239 11.032 10.658 10.485 11.860 10.834 12.090 12.586 13.055 12.512 13.582 13.708 13.446 10 14.645 14.501 13.661 3.4.3 Nhận xét  Trong Phương án bố trí dây thấy phương án (dây treo có điểm giao cắt hướng tâm, góc xiên 40º, số lượng 52 dây) có nội lực căng vành vịm nhỏ nhất, nhiên khơng chênh lệch nhiều so với phương án (dây có góc xiên khơng đổi so với căng góc 62º, số lượng 34 dây), phương án thanhc ăng vành vòm chịu lực bất lợi đặc biệt căng chịu tĩnh tải thân  Nội lực hoạt tải phân bố suốt chiều dài căng vành vòm phương án 3;  Tuy nhiên phương án sơ đồ bố trí dây thơng thống, số điểm giao cắt ít, dễ cấu tạo điểm neo dễ thi công phưng án 3;  Hệ số lực tới hạn phương án tương tự nhau, khả chống ổn định tổng thể không cải thiện nhiều 3.4.4 Kết luận  Khi xem xét thiết kế, phương án (bố trí dây có góc xiên khơng đổi so với - 72 - căng) lựa chọn hợp lý, chiều dài nhịp tăng lên dây có tiết diện chiều dài lớn 3.5 KẾT LUẬN CHUNG CHƯƠNG Thông qua nội dung nghiên cứu thấy sơ đồ dây treo dạng lưới:  Hình dạng đường cong vành vòm: Vòm dạng parabol hay dạng cong tròn không ảnh hưởng nhiều đến nội lực căng, vành vịm Dạng cong trịn có mơ men chân vịm lớn hơn, ứng suất cục chân vòm lớn nên cấu tạo chân vòm phức tạp;  Chiều cao đường tên vòm: Chiều cao đường tên vòm lớn, nội lực kết cấu vòm giảm Tuy nhiên yếu tố thẩm mỹ không cao Chiều cao hợp lý khoảng 0,18 đến 0,2 chiều dài nhịp  Góc nghiêng dây treo số lượng dây treo: Số lượng dây treo lớn, nội lực giảm Tuy nhiên ảnh hưởng đến độ thơng thống cầu, giảm mỹ quan Sơ đồ dây treo dạng lưới có góc xiên khơng đổi so với căng lựa chọn hợp lý với kết cấu cầu vịm thép có căng - 73 - PHẦN KẾT LUẬN Luận văn tiến hành nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng sơ đồ bố trí dây treo ảnh hưởng số tham số hình học đến làm việc kết cấu cầu vịm thép có căng Các nội dung nghiên cứu luận văn bao gồm:  Nghiên cứu tổng quan cầu vịm nói chung cầu vịm thép có căng nói riêng giới Việt Nam;  Nghiên cứu ảnh hưởng sơ đồ bố trí dây treo đến ứng xử kết cấu cầ vịm thép có căng;  Nghiên cứu ảnh hưởng tham số hình học đến nội lực ổn định cầu vịm thép có căng với sơ đồ dây treo dạng lưới Căn vào nội dung nghiên cứu lý thuyết tính toán cụ thể thực luận văn, kết luận sau rút ra: 1) Sơ đồ bố trí dây treo có ảnh hưởng lớn đến trạng thái nội lực ổn định kết cấu vòm thép có căng; 2) Sơ đồ dây treo thẳng đứng có ưu chịu tải trọng phân bố lớn so với hoạt tải tĩnh tải thân, loại tải trọng đoàn tàu 3) Sơ đồ dây treo xiên hướng tâm không hợp lý mặt chịu lực lại có ưu thẩm mỹ, muốn làm điểm nhấn cho cảnh quan khu vực xây dựng cơng trình cầu 4) Đối với cầu vịm thép có căng sơ đồ bố trí dây dạng lưới, góc xiên khơng đổi có nhiều ưu điểm: + Về kết cấu: Các cấu kiện căng, vành vòm, dây treo chịu lực đồng - 74 - + Về chế tạo, thi công: Do sử dụng vật liệu thép nên trọng lượng kết cấu tương đối nhẹ, thi cơng cơng xưởng vận chuyển lao lắp vào vị trí xây dựng kiểm sốt chất lượng cơng trình + Về thẩm mỹ: Các phận kết cấu mảnh, hài hòa với quang cảnh xung quanh khu vực xây dựng Có thể trở thành điểm nhấn cảnh quan khu vực + Về kinh tế: Đây yếu tố quan trọng nói ngang với yếu tố hợp lý kết cấu Việc đánh giá tính kinh tế phụ thuộc nhiều yếu tố, phụ thuộc đặc trưng cơng trình Phải xét tổng thể yếu tố: vật liệu, chế tạo, thi công, tu bảo dưỡng…Trọng lượng kết cấu nhẹ chi phí xây dựng kết cấu phần giảm nhiều, ưu lớn - 75 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Đình Tâm, Cầu bê tơng cốt thép đường ô tô, tập 1& 2, Nhà xuất xây dựng Ngô Đăng Quang (2005), Mô hình hố phân tích kết cấu cầu với Midas Civil, tập 1, Nhà xuất xây dựng PGS.TS Nguyễn Viết Trung (2004), Công nghệ đại xây dựng cầu bê tông cốt thép, Nhà xuất xây dựng PGS.TS Nguyễn Viết Trung, KS Phạm Huy Chính (2003), Các công nghệ thi công cầu, Nhà xuất xây dựng Lều Thọ Trình (2004), Cơ học kết cấu, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Phùng Mạnh Tiến – Vũ Trí Thắng, “Cầu vịm ống thép nhồi bê tơng”, Tạp chí Giao Thơng vận tải 6/2004 Nguyễn Duy Dương (2005), Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính tốn, cơng nghệ thi cơng cầu vịm ống thép nhồi bê tơng, Luận văn Thạc sỹ Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 (2005), Nhà xuất Giao Thông vận tải Hồ sơ thiết kế cầu Mỹ Lợi (2011), Tổng công ty TVTK GTVT (TEDI) 10 Wan-heng Li, Jian-ming Lv, Jin-quan Zhang & Jian-yong Song, Optimization of cable forces during cantilever construction for arch bridge 11 Japan Society of Civil Engineers (2003), Design and Construction of Long Span Concrete Arch Bridges-the 600m, Japan Society of Civil Engineers 12 PTI (2000), Recommendations for Stay Cable Design, Testing and Installation, Post-Tensioning Institute, Phoenix, AZ 13 Per Tveit (1996), The Design of Network Arches”, The Structural Engineer, July 14 Per Tveit, Adjustment of Hangers in Network Arches 15 Dmitry Maslov, Maxim Pashkovski, Arch bridges with cable hangers 16 Alejandro Jose Niklison, Statical analysis of Network arch birdge, Master thesis - 76 - PHỤ LỤC TÍNH TỐN Mơ hình cầu dây treo thẳng đứng Mơ hình cầu dây treo xiên hướng tâm Mơ hình cầu dây treo dạng lưới cắt chéo - 77 - Mơ hình cầu dây treo dạng lưới hình dạng vành vịm cong trịn Mơ hình cầu dây treo dạng lưới có điểm giao cắt hướng tâm (34 dây) Mơ hình cầu dây treo dạng lưới có điểm giao cắt hướng tâm (52 dây)