Tùy theo độ cứng của hệ dầm mμ ta có thể phân thμnh 2 loại: cầu treo dầm mềm vμ cầu treo dầm cứng: • Cầu treo dầm mềm: Loại nμy hệ mặt cầu có độ cứng nhỏ vμ dược treo trên các dây chủ q
Trang 1Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
1.4.1-Hệ cầu treo dạng parabole:
Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo lμ dây cáp, dây xích hoặc bó sợi thép
cường độ cao Tùy theo độ cứng của hệ dầm mμ ta có thể phân thμnh 2 loại: cầu treo
dầm mềm vμ cầu treo dầm cứng:
• Cầu treo dầm mềm:
Loại nμy hệ mặt cầu có độ cứng nhỏ vμ dược treo trên các dây chủ qua các
dây treo đứng
Khi chịu hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp thì dây cáp bị biến hình tương
ứng với vị trí của hoạt tải Độ võng của dây chủ cμng lớn thì tỷ số giữa hoạt tải vμ tĩnh tải cμng lớn, cũng có nghĩa độ võng phụ thuộc vμo tỷ số lực căng trong dây cáp do tĩnh tải vμ hoạt tải gây nên
Do có độ cứng nhỏ nên dưới tác dụng của hoạt tải vμ tải trọng gió có thể
xuất hiện các dao động uốn vμ xoắn, đôi khi biên độ dao động rất lớn lμm
ảnh hưởng tới sự khác thác bình thường vμ gây hư hỏng phá hoại công trình Thực tế cũng đã có nhiều tai nạn xảy ra
Vì vậy phạm vi ứng dụng loại cầu treo dầm mềm ngμy nay bị hạn chế Nó chỉ được sử
dụng khi tĩnh tải lớn hơn rất nhiều so với hoạt tải hoặc chỉ chịu tác động của tĩnh tải như
kết cấu ống dẫn nước, dẫn dầu, khí đốt,
• Cầu treo dầm cứng:
Việc tăng cường độ cứng có thể đạt được bằng nhiều biện pháp:
Phổ biến hơn cả lμ bố trí 1 dầm cứng với 1 số khớp dọc theo chiều dμi nhịp để khống chế mômen uốn trong kết cấu nhịp Dầm cứng có tác dụng phân phối đều tải trọng lên dây vμ giảm độ võng
Khớp dọc
Hình 3.17: Sơ đồ cầu treo có bố trí khớp dọc
Trong trường hợp dầm cứng đủ lớn để chịu mômen uốn thì không cần cấu tạo khớp Nếu nhịp lớn người ta có thể bố trí dμn cứng ở phần xe chạy Khi đó trở thμnh cầu treo dầm cứng
Tùy theo cách neo dây, cầu treo dầm cứng có thể phân thμnh các loại như sau:
• Cầu treo dầm cứng có lực đẩy ngang lμ kết cấu có dây cáp chủ được neo vμo mố
neo Khi đó mố neo phải có kích thước vμ trọng lượng lớn để có khả năng chống
lật, nhổ vμ trượt Do vậy bản thân mố neo bao giờ cũng lμ công trình đồ sộ, tốn
kém vμ thường hạn chế áp dụng khi nằm trong vùng địa chất xấu
• Cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang lμ kết cấu có dây cáp chủ được neo
vμo dầm cứng Khi đó không cần cấu tạo mố neo nhưng dầm ngoμi chịu uốn còn
chịu lực nén dọc lớn do vậy kích thước dầm phải lớn hơn
Trang 2Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Dμn cứng
Hình 3.18: Sơ đồ cầu treo có dμn cứng
Để giảm mômen uốn trong dầm cứng thường không cho dầm chịu tĩnh tải bằng cách điều chỉnh nội lực hoặc tạo các khớp tạm trên dầm cứng trong giai đoạn thi công Ví dụ khi lắp ráp dầm người ta cấu tạo các khớp tạm tại các điểm treo dây vμ chỉ nối cứng sau khi đã hoμn toμn lắp ráp xong các
đốt dầm vμ hệ mặt cầu Khi đó trong dầm sẽ xuất hiện mômen uốn cục bộ trong phạm vi khoang, chiều dμi các khoang thường rất nhỏ so với nhịp nên trị số mômen uốn nμy không đáng kể so với mômen tổng thể do hoạt tải Vì vậy thực tế có thể xem dầm không chịu tĩnh tải
Chiều cao dầm cứng thường lấy 1/50-1/70 chiều dμi nhịp Trong các cầu nhịp lớn hơn 500-600m tỷ số nμy có thể lấy nhỏ hơn khoảng 1/80, còn nhịp lớn trên 1000m lấy 1/120 hoặc nhỏ hơn
1.4.1.1-Cầu treo dầm cứng có lực đẩy ngang:
a/Cầu treo 1 nhịp:
2
4
1
6
1 Cáp chủ 2 Tháp cầu 3 Trụ bờ 4 Dầm cứng 5 Mố neo 6 Dây treo đứng
Hình 3.19: Sơ đồ cầu treo 1 nhịp
Cầu treo 1 nhịp gồm 2 trụ bờ đỡ tháp cầu vμ lμm gối tựa cho dầm cứng Dây cáp
chủ có dạng đường cong parabole được vắt đỉnh tháp vμ 2 đầu được neo vμo các mố neo
Loại nμy có ưu điểm lμ các dây neo nối từ tháp cầu xuống mố neo coi như thanh thẳng
nên khi chịu lực dây chỉ lμm việc đμn hồi tuyến tính, tránh được biến dạng hình học phi
tuyến của dây chủ phần nhịp biên khi tải trọng đứng trên dầm cứng Do đó hệ 1 nhịp lμ
hệ có độ cứng lớn nhất so với hệ 3 nhịp vμ nhiều nhịp Ngoμi ra hệ nμy tỏ ra hợp lý để
vượt sông không sâu lắm hoặc qua các thung lũng mμ điều kiện địa chất, địa hình không
thuận lợi cho viẹc xây dựng trụ
b/Cầu treo 3 nhịp:
Trong những trường hợp cần vượt qua các sông lớn, bãi sông rộng, chiều cao tĩnh
không thông thuyền lớn, hệ cầu dẫn rất dμi thì cần nghiên cứu hệ cầu treo 3 nhịp để vừa
cho phép cầu dμi vừa tận dụng khả năng lμm việc của hệ cáp neo Để cân bằng lực căng
trong dây, các diểm tựa của dây trên đỉnh tháp được đảm bảo chuyển vị tự do theo
Trang 3Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
phương dọc cầu Dầm cứng có thể lμ loại dầm có sườn đặc hoặc dμn Về mặt tĩnh học có
thể có sơ đồ dầm đơn giản hoặc dầm liên tục
Hình 3.20: Sơ đồ cầu treo 3 nhịp
Chiều dμi nhịp biên có thể lấy tới 1/2 nhịp chính, tuy nhiên có thể nhỏ hơn tùy
thuộc vμo tình hình phân bố nhịp cụ thể trên sông Khi chiều dμi nhịp biên nhỏ hơn 1/4
nhịp chính vμ dầm cứng nhịp biên đủ khả năng chịu lực độc lập thì có thể không bố trí
dây treo đứng
1.4.1.2-Cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang:
Trong trường hợp nμy dầm cứng sẽ chịu hoμn toμn lực đẩy ngang thay cho mố
neo Khi đó hệ trở thμnh cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang vμ mở ra triển vọng
áp dụng dầm cứng bằng bêtông cốt thép trong cầu treo Loại nμy thường áp dụng với sơ
đồ 3 nhịp với nhịp biên có vμ không có dây treo, tuy nhiên cũng có thể áp dụng cho cầu
nhiều nhịp
Loại nμy có ưu điểm lμ không cần xây dựng mố neo, đặc biệt trong trường hợp
địa chất không thuận lợi cho việc xây dựng mố thì giải pháp neo dây vμo đầu dầm cứng
cμng tỏ tính ưu việt; giảm đáng kể ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đến sự lμm việc
của hệ; có lợi thế khi sử dụng dầm cứng bêtông cốt thép vì lợi dụng lực nén dọc do dây
cáp truyền vμo Lực nén nμy có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi mũi tên võng
của dây cáp vμ có thể áp dụng nhịp đến 500m Tuy nhiên, nhược điểm của nó lμ vì dầm
cứng phải được lắp ráp trước để neo dây nên khi thi công cần có giμn giáo, trụ tạm hoặc
dây neo tạm; do phải chịu thêm lực dọc nên dầm cứng phải đủ lớn, lμm tăng lượng vật
liệu sử dụng đôi khi dẫn đến sự kém hiệu quả kinh tế cho cả phương án cầu; khi hoạt tải
tác động thì độ võng của dầm cứng vμ dây cáp sẽ tăng thêm do tác động của lực nén
truyền vμo dầm Do những nhược điểm nμy mμ cầu treo dầm cứng không có lực đẩy
ngang ít được sử dụng trong thực tế
Trang 4Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
V
V
V
H
V H
Hình 3.22: Sơ đồ cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang
1.4.1.3-Cầu treo nhiều nhịp:
a)
b)
c)
d)
Hình 3.22: Sơ đồ cầu treo nhiều nhịp
a Cầu treo nhiều nhịp vμ sơ đồ biến dạng
b Cầu treo nhiều nhịp có tháp cứng
c Cầu treo nhiều nhịp có trụ neo trung gian
d Cầu treo nhiều nhịp có dây neo phụ
Trong cầu treo nhiều nhịp, dây cáp được bố trí liên tục qua tất cả các nhịp hoặc
qua 1 số nhịp vμ neo vμo mố ở 2 đầu Các nhịp chính trong sơ đồ cầu nhiều nhịp có thể
bố trí như nhau để đảm bảo mỹ quan vμ sự chịu lực đồng đều của hệ dây, tuy nhiên để
tăng cường độ cứng có thể bố trí các nhịp khác nhau Dầm cứng nên sử dụng dầm đơn
giản với các lý do phân tích ở trên Nhược điểm của cầu treo nhiều nhịp lμ khi chất tải
Trang 5Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
lên 1 trong các nhịp thì độ võng đó rất lớn do ảnh hưởng của biến dạng trong tất cả các
nhịp khác
Để nâng cao độ cứng của cầu treo nhiều nhịp có thể có các biện pháp sau:
• Xây dựng 1 số tháp cứng theo phương dọc cầu vμ trên đỉnh tháp nμy dây cáp
được neo cố định (hình 3.22b) Tháp cứng lμ biện pháp tốt nhất để tăng cường
độ cứng chung vμ khả năng lμm việc của hệ Tuy nhiên cấu tạo tháp cứng phức
tạp, có giá thμnh cao hơn nhiều so với mố neo
• Chia hệ nhiều nhịp thμnh các hệ ba nhịp riêng biệt bằng cách cấu tạo các trụ neo
trung gian (hình 3.22c)
• Liên kết các tháp bằng dây neo phụ, trong đó dây cáp chủ vμ dây neo phụ được
liên kết cố định trên các đỉnh tháp (hình 3.22d) Khi hoạt tải đứng trên 1 nhịp bất
kỳ thì dây neo phụ truyền 1 phần đáng kể lực ngang vμo các mố neo 2 bên bờ,
phần lực ngang còn lại sẽ được dây cáp chủ truyền vμo mố neo Dây neo phụ
được căng trước sao cho dạng của nó xem như thẳng, khi chịu lực trong dây chỉ
xuất hiện biến dạng đμn hồi Dây neo phụ lμm giảm chuyển vị ngang đỉnh tháp
vμ tăng độ cứng chung tòan cầu
Chính vì sự phức tạp vμ tính kinh tế không cao nên trong thực tế sơ đồ cầu treo nhiều
nhịp ít được sử dụng
Một số hình ảnh cầu thực tế về cầu treo:
Hình 3.23: Cầu treo dây võng Brooklyn (Mỹ)
Hình 3.24: Cầu treo dây võng Golden Gate (Mỹ) có nhịp chính 1280m
rất nổi tiếng trên thế giới hoμn thμnh 1937
