Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Thi Công Cầu EXTRADOSED

Các dây treo được coi như là các bó cáp cường độ cao CĐC có độ lệch tâmlớn sử dụng trong cầu dầm cứng được tạo ứng suất trước bằng công nghệ dự ứng lựcngoài.. Các dây treo này được liên

MSSV : 2362.46Thời gian thực hiện : 10/10/2005 - 27/01/2006Email : tviethung@gmail.com

1 TỔNG QUAN VỀ CẦU EXTRADOSE 1

1.1 Mở đầu 1

1.2 Đặc điểm của kết cấu cầu Extradose 2

1.3 Lịch sử phát triển cầu Extradose 2

1.4 Ưu điểm của kết cấu cầu Extradose 13

1.5 Đặc điểm thiết kế cáp cầu Extradose 14

1.5.1 Ứng suất cho phép 14

1.5.2 Chùng ứng suất trong cáp 14

1.5.3 Điều chỉnh lực căng trong quá trình thi công 14

1.5.4 Bố trí neo tại đỉnh tháp 14

1.5.5 Bảo vệ chống gỉ cáp cầu Extradose 15

1.5.6 Hiện tượng rung cáp do mưa 15

1.5.7 Hiện tượng rung cáp do gió xoáy quẩn 15

1.5.8 Hiện tượng bó cáp chao đảo theo đường elip 15

1.6 Các sơ đồ và hình thái cầu Extradose 16

1.6.1 Mở đầu 16

1.6.2 Sơ đồ bố trí nhịp cầu Extradose 16

1.6.3 Sơ đồ và sự phân bố cáp văng 19

1.6.4 Số mặt phẳng dây và các dạng cột tháp 22

1.7 Cấu tạo các bộ phận cầu Extradose 24

1.7.1 Cấu tạo dầm chủ 24

1.7.2 Cấu tạo cột tháp 26

1.7.3 Cấu tạo cáp văng và hệ neo 27

1.7.4 Liên kết cáp văng với dầm chủ và cột tháp 28

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ TRÌNH TỰ THI CÔNG CẦU EXTRADOSE 31 2.1 Thi công dầm chủ 31

2.1.1 Thi công đúc hẫng 31

2.1.2 Thi công lắp hẫng 32

2.1.3 Thi công đúc đẩy 33

2.2 Thi công cột tháp 33

2.2.1 Công tác ván khuôn 33

2.2.2 Công tác đổ bêtông 34

2.2.3 Lắp đặt kết cấu yên ngựa 34

2.3 Lắp đặt cáp văng 34

2.4 Công tác quản lý và giám sát trong thi công 34

i

1.1 So sánh các thông số cơ bản của ba loại kết cấu cầu 2

1.2 Một số cầu Extradose đã và đang được xây dựng trên thế giới 6

2.1 Phương pháp đo đạc và kiểm tra các cấu kiện trong quá trình thi công 35

ii

1.1 Cầu Extradose qua sông Daugava - Riga, Latvia (sơ đồ1/2 cầu) 1

1.2 Cầu Ayumi - Cáp cường độ cao bố trí bên trên và bên dưới dầm chủ 3

1.3 Cầu Ganter -Thụy Sỹ 4

1.4 Cầu Odawara Blueway-Nhật Bản 4

1.5 Cầu Yashiro-Nhật Bản 5

1.6 Cầu Tsukuhara-Nhật Bản 7

1.7 Cầu Mactan-Philipine 7

1.8 Cầu Pakse-Lào 8

1.9 Cầu Tân Trân Châu Cảng-Mỹ 8

1.10 Cầu Ibigawa-Nhật Bản 9

1.11 Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Kisogawa và cầu Ibigawa-Nhật Bản 9

1.12 Cầu Palau-Cộng hòa Palau 10

1.13 Cầu Himi-Nhật Bản 10

1.14 Cầu Rittoh-Nhật Bản 11

1.15 Thi công lắp hẫng cân bằng cầu Kisogawa-Nhật Bản 12

1.16 So sánh Cầu dầm liên tục - Cầu Extradose - Cầu dây văng 13

1.17 Sơ đồ kết cấu cầu hai nhịp cân bằng - Cầu Miyakodagawa 17

1.18 Sơ đồ kết cấu cầu hai nhịp không cân bằng - Cầu Santanigawa 18

1.19 Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Odawara - Nhật Bản 19

1.20 Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Palau - Cộng hòa Palau 19

1.21 Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Pakse - Lào 20

1.22 Sơ đồ bố trí hệ nhiều nhịp - Cầu Kisogawa 20

1.23 Sơ đồ bố trí hệ nhiều nhịp - Cầu Ibigawa 20

1.24 Cầu Rittoh - Hướng đi Tokyo 21

1.25 Cầu Rittoh - Hướng đi Osaka 21

1.26 Cầu Extradose dây ít - khoang lớn 22

1.27 Khoảng cách neo cáp văng trên dầm chủ - cầu Pakse 22

2.1 Khoảng cách neo cáp văng trên dầm chủ - cầu Pakse 35

iii

TỔNG QUAN VỀ CẦU EXTRADOSE

Trong những năm qua, dưới sự lãnh đạo của Đảng và nhà nước, nền kinh tế nước ta đang trên

đà phát triển tốt đẹp Cùng với đó, việc phát triển toàn diện nền kinh tế đòi hỏi phải đẩy nhanhtốc độ phát triển cơ sở hạ tầng mà trong đó công trình giao thông vận tải chiếm một tỷ lệ rấtlớn Đi đôi với sự tăng trưởng của nền kinh tế là số lượng các phương tiện giao thông vận tảicũng tăng lên nhanh chóng Do vậy, hệ thống giao thông hiện nay của chúng ta chưa đáp ứngđược, cần được nâng cấp sửa chữa hoặc xây dựng mới các tuyến đường, các cây cầu, các nútgiao thông

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, lĩnh vực xây dựng cầu trong khoảng 15-20năm trở lại đây đã có những bước phát triển quan trọng Từ việc ứng dụng thành công các loạivật liệu nhẹ có khả năng chịu lực cao, đến việc lựa chọn các kết cấu cầu mới vượt được nhữngkhẩu độ lớn, tính thẩm mỹ cao Các dạng cầu mới chứa đựng nhiều ứng dụng tiến bộ khoa học

kỹ thuật phải kể đến là cầu bêtông cốt thép có các bó cáp ứng suất trước, cầu dây văng, và gầnđây là cầu Extradose

Hình 1.1: Cầu Extradose qua sông Daugava - Riga, Latvia (sơ đồ1/2 cầu)

Cầu Extradose do Jacques Mathivat người Pháp, nguyên là kỹ sư trưởng, giám đốc nghiêncứu của SETRA đề xuất năm 1988 Tuy nhiên chiếc cầu Extradose đầu tiên trên thế giới lạiđược xây dựng ở Nhật Bản vào năm 1995 Hiện nay, hàng loạt cầu Extradose lớn nhỏ đã đượcxây dựng tại Châu Âu, Châu Á và Châu Mỹ

1

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU CẦU EXTRADOSE

Cầu Extradoselà kết cấu kết hợp giữa kết cấu cầu dầm bêtông cốt thép ứng suất trước và kếtcấu cầu dây văng (CDV) Ở dạng cầu này, cáp ứng suất trước được đặt bên ngoài dầm cứng,một đầu liên kết với dầm cứng, đầu kia liên kết với tháp neo dây Tuy nhiên, tháp neo dây củacầu Extradose không cao như tháp của cầu dây văng Cầu được cấu tạo gồm ba phần chính: hệdầm cứng, hệ dây treo, và tháp neo dây (Hình1.1)

i H» d¦m cùng có kết cấu giống như trong cầu dầm cứng nhịp liên tục được cấu tạo từkết cấu bêtông cốt thép, kết cấu thép, hay kết cấu bêtông thép liên hợp Chiều cao củadầm có thể được giảm xuống so với chiều cao của dầm trong cầu dầm cứng có cùng khẩuđộ

ii H» d¥y treo trong rất giống hệ dây treo của cầu dây văng, bao gồm các dây treo và hệneo cáp Các dây treo được coi như là các bó cáp cường độ cao (CĐC) có độ lệch tâmlớn sử dụng trong cầu dầm cứng được tạo ứng suất trước bằng công nghệ dự ứng lựcngoài Các dây treo này được liên kết cứng với cột tháp hoặc được luồn qua kết cấu yênngựa đặt trên đỉnh cột tháp và được liên kết với dầm chủ bằng hệ neo cáp tạo thành cácgối đàn hồi Hệ neo cáp có thể sử dụng hệ neo cho các bó cáp CĐC thông thường

iii Th¡p neo d¥y được cấu tạo bằng bêtông cốt thép hoặc bêtông cốt thép liên hợp và

có chiều cao thấp hơn so với chiều cao của trụ tháp trong cầu dây văng Đối với cầuExtradose, vì chiều cao tháp neo dây thấp nên tháp neo dây không nhất thiết liên kếtcứng với trụ cầu Tháp neo dây có thể liên kết cứng với trụ cầu tạo thành khung cứng,hoặc có thể liên kết cứng với dầm cứng và đặt lên trên trụ

Hạng mục so sánh Cầu dầm Cầu Extradose Cầu dây văng

Chiều dài nhịp L(m) L<120m L=180m L>200m

Chiều cao dầm tại trụ H(m) H = 17L −20L H = 30L −35L H=1-3.5m

Chiều cao tháp h(m) - h = 10L − L

15 h = L5

Bảng 1.1: So sánh các thông số cơ bản của ba loại kết cấu cầu

Năm 1988, giáo sư Jacques Mathivat người Pháp phát minh ra ý tưởng cho một loại kết cấumới trên cơ sở công nghệ dự ứng lực ngoài, cáp CĐC1đưa lên trên bề mặt của tiết diện tạo ra

độ lệch tâm lớn Sau này, các bó cáp CĐC được liên kết với cột tháp có chiều cao thấp đặt ởtrên trụ và cùng làm việc với hệ dầm cứng dưới tác dụng của hoạt tải Cầu Extradose là kết cấutrung gian giữa cầu dầm cứng và cầu dây văng vì:

1 V· k¸t c§u: Cầu Extradose là dạng kết cấu kết hợp giữa kết cấu của cầu dầm cứng2 vàcầu dây văng3 trong đó hệ dầm cứng làm việc uốn nén và xoắn, còn cáp văng làm việc

1 cáp cường độ cao

2 girder bridge

3 cable-stayed bridge

chịu kéo Các cáp văng này được neo vào cột tháp đặt ở trên trụ và liên kết với hệ dầmcứng tại một số điểm dọc theo chiều dài dầm và chia hệ dầm cứng ra thành nhiều khoangnhỏ Với cấu tạo như vậy, hệ dầm cứng được coi như là kê lên gối cứng ở trên mố, trụ,

và các gối đàn hồi ở các điểm neo cáp văng trên dầm cứng

2 V· kh©u ë cõa c¦u: Cầu BTCT DƯL nhịp liên tục có khẩu độ vừa và nhỏ từ 40-150m.Cầu Extradose là loại cầu có khẩu độ vừa và lớn thích hợp từ 90-200m, trong khi đó, cầudây văng là loại có khẩu độ lớn trên 200m Do đó, cầu Extradose là loại cầu có khẩu độnhịp nằm giữa cầu dầm cứng và cầu dây văng

3 Sü l m vi»c cõa c¡c c§u ki»n ch½nh: Dưới tác dụng của hoạt tải, sự gia tăng ứngsuất trong cáp CĐC của cầu dầm cứng rất nhỏ Do đó khi thiết kế, cường độ chịu kéocho phép của cáp CĐC có thể lấy bằng 0.6 cường độ chịu kéo giới hạn của cáp CĐC.Mặt khác, đối với cầu dây văng thì sự gia tăng ứng suất trong dây văng rất lớn, do phầnlớn tải trọng là do dây văng chịu Do vậy, khi thiết kế, cường độ chịu kéo cho phép củadây văng được lấy bằng 0.4 cường độ chịu kéo giới hạn của cáp CĐC Với ý tưởng vừa

sử dụng tối ưu khả năng chịu kéo của cáp CĐC, vừa tăng được khẩu độ cầu, cường độchịu kéo cho phép của cáp văng được lấy bằng 0.4-0.6 cường độ chịu kéo giới hạn củacáp CĐC, vì cáp văng sẽ cùng làm việc với hệ dầm cứng khi có hoạt tải tác dụng CầuExtradose sẽ phân phối tải trọng vào cáp và hệ dầm cứng cân bằng hơn

4 V· h¼nh d¡ng cõa c¦u: Cầu Extradose trông giống cầu dây văng có cột tháp thấp nhưng

sự làm việc của kết cấu lại có những ứng xử gần với cầu dầm cứng hơn

Hình 1.2: Cầu Ayumi - Cáp cường độ cao bố trí bên trên và bên dưới dầm chủ

Hình1.2 là cầu Ayumi ở Nhật Bản với sơ đồ bố trí nhịp là (16.6+79.5+41+41m) Chiếc cầunày được các chuyên gia Nhật Bản thiết kế và xây dựng dựa trên ý tưởng của giáo sư JacquesMathivat và công nghệ dự ứng lực ngoài Trong đó cáp CĐC được bố trí bên ngoài phạm vichiều cao của tiết diện tạo ra độ lệch tâm lớn so với trục chung hòa Đối với nhịp chính dài79.5m, cáp CĐC không những được bố trí ở bên dưới mà còn được đưa lên trên khỏi mặt cầu,liên kết với cột tháp có chiều cao 22.1m, và được neo vào mố cầu

Chiếc cầu Extradose sơ khai đầu tiên là cầu Ganter ở Thụy Sỹ (Hình ??), được xây dựngtrên cơ sở kết hợp kết cấu dầm cứng với hệ dây treo Cầu Ganter được thiết kế bởi Christian

Hình 1.3: Cầu Ganter -Thụy Sỹ

Menn và xây dựng hoàn thành năm 1980 Tuy nhiên, nó chỉ có ý nghĩa về mặt kiến trúc chứkhông có nhiều cải tiến về mặt kỹ thuật

Năm 1988, J Mathivat đưa ra khái niệm cầu Extradose, và kiến trúc sư Charles Lavigne

đã ứng dụng để thiết kế cầu Arrêt Darré ở vùng Tây Nam nước Pháp Khái niệm này bao gồmthiết kế cột tháp rất thấp, được liên kết cứng với kết cấu bên trên, dầm hộp bêtông cốt thép

dự ứng lực có chiều cao không đổi cho khẩu độ nhịp 100m Các cáp văng được luồn qua kếtcấu yên ngựa và làm việc như bó cáp CĐC sử dụng trong công nghệ dự ứng lực ngoài Cáccáp văng chủ yếu làm việc thông qua lực căng ban đầu tạo ra tác động nâng dầm hộp để giảmtrọng lượng hữu hiệu của dầm cứng, cũng như tạo ra lực nén vào dầm như bó cáp CĐC thôngthường

Kiểu thiết kế này đã hấp dẫn nhiều chuyên gia cầu, đặc biệt là các chuyên gia Nhật Bản ỞNhật, cầu Extradose đã được phát triển nhanh chóng, và cũng chính Nhật Bản là nước có đónggóp to lớn trong công nghệ xây dựng cầu Extradose Chỉ trong vòng chục năm trở lại đây, riêng

ở Nhật đã xây dựng được gần 30 chiếc cầu Extradose đủ chủng loại về kết cấu nhịp, đa dạng

về sơ đồ bố trí nhịp và cáp văng Bảng1.2thống kê một số cầu Extradose đã và đang được xâydựng ở Nhật Bản và trên thế giới Không những thế, các chuyên gia và kỹ sư cầu Nhật Bản đãtiến hành hàng loạt các dự án xây dựng cầu Extradose ở nước ngoài như cầu Palau ở Cộng hòaPalau, cầu Pakse ở Lào, cầu Mactan ở Philipine

Hình 1.4: Cầu Odawara Blueway-Nhật Bản

Chiếc cầu Extradose hoàn hảo đầu tiên trên thế giới là cầu Odawara Blueway ở Nhật Bảnđược hoàn thành vào năm 1994 (Hình ??) Cầu gồm ba nhịp với sơ đồ bố trí nhịp cân bằng(74+122+74m) Cầu có tiết diện mặt cắt là hình hộp kép hai ngăn với chiều cao thay đổi từ3.5m (ở trên trụ) đến 2.2m (ở giữa nhịp), tương ứng với (351 − 1

55)L, trong đó L là chiều dàinhịp chính Cột tháp bằng bêtông cốt thép cao 10.7m tính từ mặt cầu và được liên kết cứng vớitrụ cầu Chiều cao cột tháp được thiết kế xấp xỉ bằng 121L Hệ dầm chủ cũng được liên kết cứngvới trụ cầu giống như dạng cầu khung, làm tăng thêm độ cứng của toàn cầu và giảm sự biếnthiên ứng suất trong cáp văng do hoạt tải gây ra Cầu được bố trí hai mặt phẳng dây, mỗi mặtphẳng dây gồm 8 cáp văng ở mỗi phía của dầm hộp, được luồn qua kết cấu yên ngựa đặt trênđỉnh trụ và được liên kết với hệ dầm chủ Sơ đồ bố trí cáp văng theo hình rẻ quạt với khoảngcách giữa các dây là 3.75m Đây là chiếc cầu BTCT DƯL đầu tiên ở Nhật Bản sử dụng kếtcấu yên ngựa, do đó công tác thi công lắp đặt và căng kéo cáp văng rất dễ dàng Cầu được xâydựng bằng phương pháp lắp hẫng cân bằng Sự thay đổi ứng suất do hoạt tải giảm đi rõ rệt vàchỉ bằng1/4 sự biến thiên ứng suất trong CDV Do vậy, cường độ chịu kéo thiết kế cho phépcủa cáp văng được lấy bằng 0.6 cường độ giới hạn của cáp CĐC giống như trong thiết kế cầuBTCT DƯL thông thường

Sau khi cầu Odawara được hoàn thành, một loạt các cầu Extradose khác cũng được xâydựng Cầu Yashiro North và cầu Yashiro South được hoàn thành vào năm 1995 (Hình 1.5).Dầm chủ của hai cầu nằy bằng BTCT DƯL có chiều cao không đổi 2.5m Chiều cao cột thápcủa hai cầu là 10m và 12m tương ứng với khẩu độ nhịp chính 90 và 105m Cầu được tạo ứngsuất trước bằng công nghệ dự ứng lực ngoài Điểm đặc biệt là các chiếc cầu này được sử dụngcho đường tài cao tốc (Shinkansen) ở Nhật Bản, do vậy độ võng của cầu được kiểm tra rấtnghiêm ngặt

Hình 1.5: Cầu Yashiro-Nhật Bản

Trong năm 1998m liên tiếp nhiều cầu Extradose được xây dựng và hoàn thành ở Nhật Bảnvới khẩu độ trung bình từ 100-150m Đặc biệt trong đó có cầu Tsukuhara với khẩu độ nhịpchính là 180m và cột tháp có hình chữ V với chiều cao 16m (Hình1.6) Tại thời điểm đó, cầuTsukuhara đạt kỷ lục về khẩu độ đối với loại cầu Extradose, và theo quan điểm của giáo sưMichael Virlogeux người Pháp thì đây là khẩu độ tối ưu nhất đối với cầu có kết cấu kiểu này.Một điểm đặc biệt của cầu Extradose là sơ đồ bố trí nhịp Cũng tương tự như CDV, cầuExtradose thông thường có ba nhịp cân bằng, nhịp giữa có chiều dài lớn và hai nhịp biên cóchiều dài nhỏ hơn Hầu hết các cầu Extradose được xây dựng trong thời gian này đều có kiểu

bố trí sơ đồ ba nhịp, vì lý do sơ đồ này khá hợp lý và có kiến trúc hài hòa với cảnh quan xungquanh

Bảng 1.2: Một số cầu Extradose đã và đang được xây dựng trên thế giới

TT Tên cầu Sơ đồ bố trí nhịp cao cột cao dầm rộng mặt hoàn Nước

24 Rittoh to Tokyo 140+170+115+70 31.0 4.5-7.5 19.63 Đang xây Nhật Bản

25 Rittoh to Osaka 155+160+75+90+75 31.5 4.5-7.5 19.63 Đang xây Nhật Bản

26 Shin-Meisei 88.5+122.34+81.22 16.5 3.5 18.6-22.6 Đang xây Nhật Bản

27 Shikawa 38.5+45+90+130+80.5 13.0 2.4-4.0 25.0 2002 Nhật Bản

28 Yukisawa Ohashi 70.3+71+34.4 11.5 2.0-3.5 17.8 1/2001 Nhật Bản

Năm 1999, Philipine đã xây dựng cây cầu Extradose đầu tiên, cầu Mactan, do các chuyêngia và kỹ sư Nhật Bản giúp đỡ (Hình) Cầu có sơ đồ bố trí nhịp cân bằng (111.5+185+111.5)mvới chiều rộng mặt cầu 18m Tiết diện mặt cắt là hình hộp có chiều cao trên trụ là 5.1m vàchiều cao ở giữa nhịp là 3.3m Cầu được bố trí hai mặt phẳng dây ở hai bên sườn dầm, các cápvang được neo vào cột tháp có chiều cao 18.2m Cột tháp được liên kết cứng với trụ và dầmchủ tạo thành khung ngàm cứng, do vậy cột tháp có độ cứng theo phương dọc cầu lớn, giảmđược biến thiên ứng suất trong cáp văng do hoạt tải Hiện tại, chiếc cầu này đạt kỷ lục về chiềudài nhịp bằng BTCT DƯL được sử dụng trong cầu Extradose

Đến năm 2000, chiếc cầu Extradose đầu tiên bắc qua sông Mêkông ở Lào cũng đượcxây dựng dưới sự giúp đỡ của các chuyên gia Nhật Bản Đây là chiếc cầu thứ ba bắc quasông Mêkông và cầu được mang tên là cầu Pakse hay còn gọi là cầu Hữu nghị Nhật-Lào(Hình 1.8) Cầu gồm 15 nhịp bằng BTCT DƯL với chiều dài nhịp chính 143m, bao gồmbốn khung cầu cứng liên tục trong đó có ba nhịp cân bằng cầu Extradose, các khung cầucứng này được liên kết lại với nhau bằng các khớp nối ở giữa nhịp Sơ đồ bố trí nhịp(70+9×102+123+143+91.5+34.5)m, trong đó, từ nhịp thứ 10 đến nhịp thứ 12 được tăng cường

Hình 1.6: Cầu Tsukuhara-Nhật Bản

Hình 1.7: Cầu Mactan-Philipine

thêm hệ dây treo Kết cấu nhịp cầu được cấu tạo bằng kết cấu lắp ghép từ các đốt có chiều dài2.5m hoặc 3.5m Mặt cắt tiết diện là hình hộp sườn đứng có chiều rộng mặt trên 11.5m hoặc14.3m, chiều rộng đáy dưới 6.5m Cột tháp có chiều cao là 14.3m, chiều rộng đáy dưới 6.5mCột tháp có chiều cao là 14.3m được ngàm cứng với trụ cầu Trên đỉnh cột tháp phần neo cápvăng có khung cứng bằng thép để dễ dàng lắp đặt kết cấu yên ngựa cho cáp văng luồn qua Đểtăng cường độ cứng của cột tháp, một dầm ngang BTCT được bố trí để liên kết hai cột tháp lạivới nhau Cầu được bố trí hai mặt phẳng dây, mỗi mặt phẳng có 9 cáp văng được liên kết vớidầm chủ với khoảng cách 3.5m Cầu được thi công bằng phương pháp lắp hẫng cân bằng.Các chuyên gia và kỹ sư cầu Nhật Bản đã đóng góp to lớn cho công nghệ thi công cầuExtradose Những năm cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21, hàng loạt các công trình cầu Extradose đã

và đang được xây dựng khắp nơi trên đất nước Nhật Bản và một số nước ở Châu Á Các chuyêngia và kỹ sư Nhật Bản không những phát triển công nghệ thi công cầu Extradose mà cònnghiên cứu thiết kế, tính toán tối ưu cho các kết cấu mới dùng trong cầu Extradose Ngay cảnhững nước có ngành xây dựng cầu phát triển như Mỹ cũng phải đến Nhật để tham quan, họchỏi kinh nghiệm xây dựng cầu Extradose Từ kinh nghiệm của các chuyên gia Nhật Bản, các

kỹ sư cầu Mỹ đã thiết kế và xây dựng cây cầu Extradose hoàn chỉnh đầu tiên ở Mỹ, cầu TânTrân Châu Cảng4 (Hình1.9)

Các công trình nghiên cứu của các chuyên gia Nhật Bản về kết cấu cầu Extradose được thểhiện thông qua việc xây dựng hai chiếc cầu bắc qua cửa sông Kiso và Ibi ở thành phố Nagoya,

4 New Pearl Harbor Bridge

Hình 1.8: Cầu Pakse-Lào

Hình 1.9: Cầu Tân Trân Châu Cảng-Mỹ

Nhật Bản (Hình1.10) Đây là hai công trình lớn nhất và cũng đặc biệt nhất thuộc thể loại cầuExtradose Tính chất đặc biệt của cầu này bao gồm:

• Đây là cầu Extradose đầu tiên trên thế giới với phần kết cấu nhịp được kết hợp cả kết cấuBTCT DƯL và kết cấu thép5với mục đích làm giảm trọng lượng tĩnh tải và gia tăng khẩu

độ nhịp chính Khẩu độ nhịp chính của cầu Kisogawa và Ibigawa tương ứng là 275m và271.5m, và là những chiếc cầu đang giữ kỷ lục về khẩu độ đối với dạng cầu Extradose

• Chiều rộng mặt cầu là 33m cho sáu làn xe, được bố trí một mặt phẳng dây đặt ở tim cầu.Kiểu bố trí này rất thanh mảnh, hài hòa với cảnh quan xung quanh ở cửa sông Nagoya

• Cột tháp được thiết kế có hình cánh buồm với chiều cao 30m tính từ mặt cầu (H = 1

Hình 1.11: Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Kisogawa và cầu Ibigawa-Nhật Bản

Hình 1.11 là sơ đồ bố trí kết cấu nhịp cầu Kisogawa và cầu Ibigawa Cầu Kisogawa gồm

5 nhịp liên tục, khẩu độ mỗi nhịp là 275m Phần giữa nhip là dầm thép dài 105m, phần cònlại bằng bêtông cốt thép dự ứng lực Cầu Ibigawa có sáu nhịp liên tục, khẩu độ mỗi nhịp là271,5m Phần kết cấu thép của cầu Ibgawa dài 95-100m Đối với cả hai cầu, kết cấu dầm bêtông

có tiết diện hình hộp kép ba ngăn, có chiều cao ở trên trụ là 7m và chiều cao ở giữa nhịp là4m Liên kết giữa kết cấu bêtông và kết cấu thép thông qua một đốt dầm trung gian Các đốtdầm bêtông được chế tạo trên bờ gần khu vực thi công, sau đó vận chuyển bằng xà lan ra vị trílắp ráp và đặt lên kết cấu nhịp bằng phương pháp thi công lắp hẫng cân bằng riêng phần kếtcấu thép được chế tạo trong xưởng thành một khối, sau đó vận chuyển bằng xà lan cà cẩu lắpmột lần lên kết cấu nhịp Do đó thời gian thi công hai chiếc cầu này đã giảm đáng kể

Kinh nghiệm xây dựng cầu Kisogawa và Ibgawa của các chuyên gia Nhật Bản đã được

áp dụng cho dự án xây dựng cầu Palau ở Cộng hòa Palau (Hình 1.12) Đây là chiếc cầuExtradose ba nhịp liên tục với sơ đồ bố trí nhịp (82+247+82)m và được hoàn thành vào tháng12/2001 Kết cấu nhịp chính được cấu tạo bằng dầm BTCT DƯL kết hợp với dầm thép ở giữa

Hình 1.12: Cầu Palau-Cộng hòa Palau

dài 82m Dầm bêtông, tiết diện hình hộp đơn, có chiều cao trên trụ 7m và chiều cao giữa nhịp4m Chiều rộng mặt cầu là 11.6m, được bố trí hai mặt phẳng dây ở hai bên mép dầm, mỗi mặtphẳng dây bao gồm 12 cáp văng với số lượng tao cáp thay đổi từ 15φ15.2 đến 27φ15.2 Cáccáp văng được liên kết với cột tháp cao 27m tính từ mặt cầu Để tăng cường độ cứng của cộttháp theo phương ngang cầu, hai cột tháp được liên kết lại với nhau thông qua dầm ngang bằngBTCT đặt ở gần đỉnh cột tháp Do yêu cầu phải bảo vệ môi trường sinh thái của biển, các cộttháp được xây dựng trong bờ Do đó chiều dài nhịp biên và nhịp giữa khác nhau rất lớn, tạo ra

sự mất cân bằng giữa nhịp biên và nhịp giữa Do vậy giải pháp thi công là đổ thêm các khốibêtông đối trọng (19tf /m) trong lòng hộp cho các đốt dầm ở nhịp biên và kết hợp sử dụngdầm thép ở nhịp giữa nhằm tạo ra sự cân bằng giữa nhịp biên và nhịp giữa Phương pháp thicông được sử dụng là phương pháp lắp hẫng cân bằng

Hình 1.13: Cầu Himi-Nhật Bản

Đầu những năm 90 của thế kỷ trước, các chuyên gia Nhật Bản đã nghiên cứu áp dụng dạngkết cấu mới cho xây dựng cầu Đó là kết cấu dầm bêtông cốt thép có sường bằng thép lượnsóng6 Ưu điểm của loại kết cấu này là tĩnh tải của kết cấu nhịp được giảm đáng kể, nên cóthể tăng được khẩu độ nhịp Các thành tựu này được các chuyên gia Nhật Bản đưa vào thiết kế

và xây dựng cầu Himi ở thành phố Nagasaki ở phía nam Nhật Bản vào cuối năm 2000 (Hình

1.13) Và cầu Himi trở thành cầu Extradose đầu tiên trên thế giới sử dụng dầm bêtông cốt thép

có sườn thép lượn sóng Cầu gồm ba nhịp liên tục với sơ đồ bố trí nhịp là (91.75+180+91.75)m.Dầm có tiết diện hình hộp đơn với chiều cao 4m không đổi dọc suốt chiều dài cầu Chiều rộng

6 PC beams with folded steel web

mặt cầu 9m được bố trí hai mặt phẳng dây ở hai bên mép dầm Chiều cao cột tháp là 19.8mtính từ mặt cầu Điểm đặc biệt của cầu này là sử dụng toàn bộ cáp dự ứng lực ngoài.Cầu đượcthi công bằng phương pháp lắp hẫng cân bằng từ các đốt dầm có chiều dài 6.4m.

Hình 1.14: Cầu Rittoh-Nhật Bản

Tiếp theo cầu Himi, Cầu Rittoh cũng được thiết kế bằng dầm bêtông cốt thép có sườn bằngthép lượn sóng (Hình1.14) Cầu Rittoh được tách thành hai cầu riêng biệt, đặt cách nhay 8m,một cầu dành cho hướng đi Tokyo, và một cầu khác cho hướng đi Osaka Sơ đồ bố trí nhịp củahai cầu như sau: (137.6+170+115+67.6)m cho hướng đi Tokyo, và (152.6+160+75+90+72.6)mcho hướng đi Osaka Trong đó cả hai cầu đều có hai nhịp đầu được thiết kế là cầu Extradose,phần còn lại là cầu dầm cứng thông thường có sườn bằng thép lượng sóng Trụ cầu có chiềucao rất lớn khoảng 72m Mặt cầu rộng 19.3m được bố trí hai mặt phẳng dây Tiết diện dầm làhình hộp kép ba ngăn có chiều cao thay đổi từ 7.5m ở tiết diện trên trụ đến 4.5m ở tiết diệngiữa nhịp Điểm đặc biệt của cầu Rittoh là sử dụng vách ngăn bằng thép ở vị trí neo cáp văngvào dầm cứng nhằm làm giảm trọng lượng và việc lắp đặt vách ngăn cũng đơn giản và hiệuquả hơn Các cáp văng được neo vào mỗi đốt dầm nhằm giảm ứng suất cục bộ của sườn thép,bản bêtông và bộ phận liên kết gần khu vực neo dây Công tác thiết kế cầu Rittoh được đặc biệtchú ý về mặt kiến trúc vì nó nằm trong rừng tự nhiên của tỉnh Shiga Do vậy cầu được thiết kếhài hòa với phong cảnh xung quanh và gây ấn tượng cho người lái xe bởi vì màu sắc độc đáo

và kiểu dáng kiến trúc theo ý tưởng "Cầu trong không gian"7 Tuy nhiên, vì bố trí hai cầu quágần nhau, nên nhìn từ xa các cáp văng bị đan chéo vào nhau gây cảm giác rối mắt Hiện tại,hai chiếc cầu này đang trong quá trình xây dựng và dự kiến đến đầu năm 2006 sẽ hoàn thành.Phương pháp thi công phổ biến cho cầu Extradose phần lớn là phương pháp lắp hẫng cânbằng Các đốt dầm được lắp ráp từ trụ ra hai phía tạo ra sự cân bằng thông qua cột tháp (Hình

1.15) Ưu điểm của phương pháp này là thời gian thi công rất nhanh, các đốt dầm được chế tạo ở

7 Bridge in flight

Hình 1.15: Thi công lắp hẫng cân bằng cầu Kisogawa-Nhật Bản

bãi đúc nên dễ dàng kiểm tra chất lượng chế tạo cũng như kích thước hình học tổng thể của đốtdầm Ngoài phương pháp lắp hẫng cân bằng, một số cầu cũng được thi công bằng phương phápđúc hẫng cân bằng như cầu Tsukuhara, cầu Rittoh, cầu Shikawa Tuy nhiên, ngoài phươngpháp đúc hẫng và lắp hẫng cân bằng, các chuyên gia Nhật Bản còn sử dụng phương pháp thicông bằng công nghệ đúc đẩy để thi công cầu Extradose Một ví dụ cho việc áp dụng phươngpháp thi công này trong xây dựng cầu Extradose là cầu đường sắt trên tuyến đường Sasshyou ởHokkaido được hoàn thành vào năm 1999 (Hình) Chiếc cầu này gồm hai nhịp (51.4+58.4)m,chiều rộng mặt cầu là 13.2m Cột tháp cao 9.9m, tiết diện dầm có chiều cao không đổi 2.6m.Đây là chiếc cầu Extradose đầu tiên trên thế giới thi công bằng phương pháp đúc đẩy Giảipháp thi công bằng phương pháp đúc đẩy được lựa chọn vì lý do sau:

• Cầu phải vượt qua hệ thống đường quốc lộ và đường dành cho xe môtô, do đó khoảngtĩnh không rất nhỏ, không đủ cho việc thi công hẫng

• Chiều dài nhịp trung bình, trong khoảng 50-60m thích hợp với công nghệ đúc đẩyTuy nhiên việc thi công bằng phương pháp đúc đẩy cũng có nhiều bất lợi, vì cần nhiều trụtạm và cáp CĐC phục trợ cho quá trình thi công Do vậy, ngoài công trình kể trên chưa thấythêm công trình cầu Extradose nào được xây dựng bằng phương pháp đúc đẩy Hình là cầuđường sắt ở Hokkaido đang trong quá trình thi công đẩy dầm chuẩn bị vượt qua đường quốc lộ.Tóm lại, cầu Extradose là một dạng đặc biệt của cầu bêtông cốt thép được tạo ứng suất trướcbằng công nghệ dự ứng lực ngoài Các bó cáp CĐC được đưa lên khỏi bề mặt dầm cứng và liênkết với cột tháp có chiều cao thấp đặt trên trụ Nhìn hình dáng bên ngoài, cầu Extradose rấtgiống CDV có cột tháp thấp nhưng bản chất của kết cấu lại ứng xử gần với cầu dầm cứng hơn

là CDV Điểm quan trọng của cầu Extradose là hệ dầm cứng và hệ dây treo cùng làm việc dướitác dụng của hoạt tải, do vậy có sự phân phối nội lực đồng đều hơn giữa hệ dầm cứng và hệ dâytreo Kết quả là tận dụng được khả năng làm việc của vật liệu Ngoài ra, cầu Extradose còn cótính đa dạng về mặt kết cấu nhịp như có thể là kết cấu BTCT DƯL thông thường sử dụng dựứng lực trong, dự ứng lực ngoài, hay kết hợp cả hai loại công nghệ tạo dự ứng lực Mặt cắt tiếtdiện có thể thay đổi hay không thay đổi tùy theo khẩu độ nhịp Kết cấu nhịp có thể là BTCTDƯL hay kết hợp giữa kết cầu bêtông và kết cấu thép8 Sườn dầm có thể bằng bêtông hay théplượn sóng Với các ưu điểm nổi bật trên đây cùng với sự hấp dẫn về mặt kết cấu, khẩu độ,kiểu dáng kiến trúc và giá thành xây dựng hợp lý, chắc chắn cầu Extradose sẽ là một hướngphát triển nhiều triển vọng trong ngành xây dựng cầu ở trên thế giới nói chung và ở VN nóiriêng

8 hybrid structures

1.4 ƯU ĐIỂM CỦA KẾT CẤU CẦU EXTRADOSE

Cầu Extradose là dạng kết cấu kết hợp giữa kết cấu của cầu dầm cứng và cầu dây văng, do vậy,

nó đã phát huy được các ưu điểm của cả hai loại cầu trên

Hình 1.16: So sánh Cầu dầm liên tục - Cầu Extradose - Cầu dây văng

Với cầu dây văng thông thường, phần lớn tải trọng (tĩnh tải bản mặt cầu, tĩnh tải dầmbêtông, hoạt tải) được truyền qua dây văng, lên đỉnh tháp và truyền qua tháp xuống nền móng.Trong cầu Extradose, cả dầm cứng và cáp văng đều chịu tải trọng Một phần tải trọng đượctruyền qua dầm vào tháp cầu, và phần còn lại được truyền qua cáp văng, lên đỉnh tháp và truyềnqua tháp xuống nền móng Chính vì vậy, mà kết cầu cầu Extradosechịu lực hiệu quả hơn, tínhthẩm mỹ cao hơn

Một vài ưu điểm khác của cầu Extradose là:

• Có nhịp lớn hơn nhịp cầu dầm liên tục

• Chiều cao tháp nhỏ hơn so với cầu dây văng Điều này rất quan trọng khi thiết kế nhữngcây cầu mà chiều cao tháp cần hạn chế (VD: cầu vượt trong đô thị, cầu gần sân bay )

• Dây cáp của cầu Extradose không cần căng chỉnh phức tạp như đối với cầu dây văngthông thường, do đó sẽ giảm giá thành xây dựng cầu

• Chiều cao dầm cầu chỉ bằng một nửa so với cầu dầm liên tục Vì vậy sẽ giảm được tĩnhtải, giảm chiều dài cầu, nâng cao khoảng tĩnh không bên dưới, rất thích hợp cho các cầuvượt trong đô thị phải vượt qua 1 khoảng tĩnh không nhất định mà không chiếm quánhiều diện tích

• Vì cáp ngắn, độ võng bản thân cáp nhỏ nên thông thường không phải quan tâm lắm đếnhiện tượng giao động cáp như ở cầu dây văng

• Biên độ ứng suất trong cầu Extradose gần giống như kết cấu cầu bêtông ứng suất trước

và nhỏ hơn cầu dây văng nên ứng suất kéo cho phép đối với cáp văng khi thiết kế có thểđược tăng lên Nghĩa là số lượng cáp văng có thể giảm xuống, và kết cấu neo đơn giảnhơn, do đó giá thành xây dựng giảm

• Chiều cao cột tháp thấp, do đó dễ dàng cho việc lắp đặt cáp văng cũng như cho công tácduy tu bảo dưỡng sau này

• Do biên độ ứng suất trong cầu Extradose nhỏ nên không phải xét tới hiện tượng mỏi cápnhư đối với cầu dây văng

1.5 ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ CÁP CẦU EXTRADOSE

1.5.1 Ứng suất cho phép

Cũng giống như thiết kế cầu dây văng, một trong số những yếu tố quan trọng nhất là ứng suấtcho phép đối với cáp, yếu tố này liên quan trực tiếp tới độ cứng của cáp cầu Extradose và độcứng của toàn hệ kết cấu Độ lớn của ứng suất cho phép sẽ quyết định liệu cáp có bị phá hoại

do mỏi hay không khi chịu tải trọng bình thường (không xét hệ số tải trọng) và đảm bảo cápvẫn làm việc trong miền đàn hồi khi chịu tải trọng cực hạn (xét hệ số tải trọng) Hiện tượngmỏi cáp thể hiện dưới hai dạng: dạng thứ nhất là mỏi sinh ra bởi sự biến đổi có tính chu kìcủa ứng suất dọc trục do hoạt tải; dạng thứ hai xuất hiện tại điểm neo và do gió rung cáp cầuExtradose gây nên Đối với hiện tượng mỏi dọc trục có thể khống chế được bằng cách giảmứng suất kéo do tải trọng gây mỏi, còn đối với dạng mỏi do gió, các nhà thiết kế thường xử lýbằng cách ứng dụng thiết bị giảm chấn (giảm chấn dầu, giảm chấn cao su, bố trí hệ dây neocác bó cáp ) Điều cần thiết ở đây là phải xác định được cường độ tải trọng gây ra mỏi vàkéo theo là tuổi thọ về mỏi (tương đương với số chu kì lặp của tải trọng đó)

1.5.2 Chùng ứng suất trong cáp

Bằng các nghiên cứu, tính toán người ta đã chứng minh được rằng trong cáp cầu Extradosesựbiến đổi lực kéo do từ biến và co ngót sẽ lớn hơn so với sự biến đổi lực kéo sinh ra do tĩnh tảiphần hai và hoạt tải, cho nên để xác định tỉ số chùng biểu kiến của cáp phải xem xét tác độngcủa từ biến và co ngót bê tông

1.5.3 Điều chỉnh lực căng trong quá trình thi công

Điểm khác biệt cơ bản giữa cáp cầu Extradose và cáp cầu dây văng là trong quá trình căngkéo chỉ phải kéo một hoặc hai lần, trong khi đó đối với cáp dây văng phải thực hiện căng điềuchỉnh làm nhiều lần Kết luận này đã được các nhà thiết kế nước ngoài rút sau khi đã thi côngnhiều cầu dây văng và cầu Extradose trên thế giới

1.5.4 Bố trí neo tại đỉnh tháp

Với nguyên lí tương tự cầu dây văng, việc truyền lực từ bó cáp vào kết cấu thường thông quađầu mút cáp có gắn đầu neo giống như kết cấu ứng suất trước kéo sau; hoặc trong một số trườnghợp lực cáp được truyền trực tiếp dọc phần cong của đoạn cáp tì trên tháp như vẫn thường gọi

là “yên ngựa” Tuân theo những nguyên lí nêu trên có thể liệt kê ở đây một số kiểu liên kếtđiển hình tại đỉnh tháp như sau:

• Cáp giao nhau trong bê tông (Hình ) Kiểu bố trí này cũng được dùng trong cầu dây văngbởi sự đơn giản lắp đặt và trong trường hợp cần thiết có thể thay thế, có thể sử dụng hệneo dùng cho cáp ứng suất trước nằm ngoài bê tông Tuy nhiên kết cấu neo giao cắt cũng

có nhược điểm là phải bố trí tháp cao hơn, tiết diện tháp phải rộng hơn so với kiểu neo

“yên ngựa” để đủ khoảng không gian bố trí neo

• Cáp xuyên qua đỉnh tháp (Hình ) Đây là kiểu liên kết thường dùng trong kết cấu cầuExtradose, khoảng cách tim các bó cáp trên đỉnh tháp chủ yếu phụ thuộc vào khả năngchịu lực của lớp bê tông nằm giữa các ống gen Nếu trong thiết kế có dự tính tới việc

thay thế cáp trong tương lai thì tương tự giải pháp ứng suất trước nằm ngoài bê tông, tại

vị trí yên ngựa cũng phải cấu tạo ống gen đúp Ống gen đặt cố định tại đỉnh tháp trênnguyên tắc phải chịu được lực tì do thành phần phân tích thẳng đứng của lực kéo trong

bó cáp sinh ra ở đúng vị trí điểm chuyển hướng và chịu được sự chênh lệch lực căngtrong bó cáp nằm ở hai phía tháp (kí hiệu là 4F ) Mặt khác tại thời điểm trước khi bơmvữa, đối với cường độ ma sát giữa ống gen với cáp Extradose, hoặc tại thời điểm sau khibơm vữa, đối với cường độ dính bám của vữa đều yêu cầu phải lớn hơn trị số 4F Ngoài

ra bê tông xung quanh ống gen cũng phải chịu được lực ép vỡ do thành phần phân tíchthẳng đứng của lực kéo trong bó cáp

1.5.5 Bảo vệ chống gỉ cáp cầu Extradose

Cáp Extradose được chống gỉ bằng hai lớp bảo vệ là ống bọc bằng thép hoặc nhựa polietylen,ống chất dẻo xen kẹp sợi thép Vai trò của lớp bảo vệ thứ nhất là tách cáp ứng suất trước ra khỏinguyên nhân gây ăn mòn, và chất nhồi bằng vữa xi măng hoặc mỡ, sáp dầu mỏ, poliurethan là lớp bảo vệ thứ hai, chưa kể ngày nay trong một số trường hợp người ta đã sử dụng phươngpháp mạ kẽm hoặc bọc epôxi trước khi phun vữa

1.5.6 Hiện tượng rung cáp do mưa

Trong quá trình xảy ra mưa kết hợp gió sẽ hình thành hai đường nước chảy dọc đỉnh và đáyống bọc cáp Extradose tạo nên hiện tượng lắc lư cáp và làm mất đi tính ổn định khí động Chonên khi nghiên cứu hiện tượng rung do mưa và gió phải đặc biệt quan tâm tới biên độ dao độnggiới hạn xảy ra ứng với tốc độ gió từ 6m/s đến 8m/s, vì ở phạm vi đó nước mưa trên bề mặtống bọc cáp khó bị gió cuốn theo, nhưng lại dễ hình thành hai đường nước chảy phía trên vàdưới ống Một vấn đề khác cũng phải xét tới đó là với những bó cáp có tần số dao động riêngnhỏ hơn 3Hz thì hiện tượng mất ổn định khí động nói trên cũng hay xảy ra

1.5.7 Hiện tượng rung cáp do gió xoáy quẩn

Các thí nghiệm khí động đã cho thấy khi bó cáp nằm trên hướng gió và tần số gió xoáy trùngvới tần số riêng của bó cáp sẽ xảy ra hiện tượng rung cáp do gió xoáy quẩn Thông thường ởdạng dao động bậc nhất xảy ra do gió xoáy quẩn tốc độ gió rất thấp, trái lại ở vùng có dạngdao động bậc cao cũng có thể xảy ra hiện tượng xoáy do gió quẩn nhưng lực rung do gió cực

kì nhỏ

1.5.8 Hiện tượng bó cáp chao đảo theo đường elip

Đây là hiện tượng hay xảy ra khi bố trí hai mặt phẳng dây thượng và hạ lưu song song với nhau(Hình ) Cáp thuộc mặt phẳng bị khuất gió sẽ bị chao đảo do các bó cáp ở mặt phẳng phíatrước choán gió Hiện tượng này chịu ảnh hưởng của cự li phân bố giữa hai mặt phẳng cáp, khikhoảng cách đó bằng 10 đến 20 lần đường kính bó cáp, hiện tượng cáp rung chao đảo dạngelíp xảy ra dữ dội, còn khi khoảng cách đó bằng 2 đến 5 lần đường kính bó cáp, hiện tượngnêu trên không quan sát thấy

1.6 CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH THÁI CẦU EXTRADOSE

1.6.1 Mở đầu

Cầu Extradose mới được phát minh ở cuối những năm 80 của thế kỷ trước, tuy nhiên loại hìnhkết cấu này đã phát triển nhanh chóng với những ưu điểm nổi bật của nó so với các dạng cầukhác Đặc điểm cơ bản của cầu Extradose là sự kết hợp hợp lý về mặt kết cấu giữa cầu dầmcứng và cầu dây văng Cầu Extradose có thể vượt được những khẩu độ lớn và vừa, mang tínhkinh tế cạnh tranh cao so với các dạng cầu khác có cùng kích thước

Mặt khác, cầu Extradose rất đa dạng về mặt kết cấu, thể hiện ở chỗ có thể kết hợp đượcnhiều loại kết cấu như: kết hợp kết cấu bêtông cốt thép dự ứng lực với kết cấu thép, hay có thế

sử dụng dầm bêtông có sườn thép lượn sóng để giảm tĩnh tải của dầm Về công nghệ tạo ứngsuất trước cho dầm có thể sử dụng dự ứng lực trong, dự ứng lực ngoài, hay kết hợp cả hai loạitrên Về chiều cao của dầm chủ, dầm có thể có chiều cao không đổi hoặc thay đổi tùy theokhẩu độ của nhịp chính Tuy nhiên, đối với dầm có chiều cao thay đổi, đoạn dầm có chiều caothay đổi thông thường chỉ ở trong phạm vi từ tim trụ đến điểm neo dây đầu tiên, phần còn lại

sẽ có chiều cao không đôi Do vậy thi công sẽ đơn giản hơn so với dầm cứng có chiều cao thayđổi liên tục khi sử dụng công nghệ đúc hẫng cân bằng Về cột tháp, cột tháp có thể được cấutạo bằng bêtông cốt thépm hay phần dưới bằng bêtông cốt thép và phần trên liền với cáp văngthì bằng kết cấu thép (kết cấu yên ngựa) Số mặt phẳng dây có thể là một hay nhiều mặt phẳngdây phụ thuộc vào chiều rộng của mặt cầu

Cầu Extradosevới ưu thế về khả năng chịu lực hợp lý, đa dạng về sơ đồ kết cấu và côngnghệ thi công, và đặc biệt là giá thành xây dựng, đang được ứng dụng ngày càng nhiều ở nhiềunước trên thế giới vì tính kinh tế và hài hòa về khả năng chịu lực của kết cấu

Về bản chất, cầu Extradose là cầu dầm bêtông cốt thép dự ứng lực ngoài, trong đó các bócáp CĐC được đưa lên trên mặt tiết diện tạo ra độ lệch tâm lớn so với trục trung hòa của dầm,

và cột tháp được coi như là vách chuyển hướng có độ cứng rất lớn Ý tưởng này cũng đã xuấthiện trong một số vầu dầm BTCT DƯL ngoài Tuy nhiên, một số bó cáp CĐC được đưa xuốngdưới khỏi phạm vi chiều cao tiết diện hay đưa lên neo vào cột tháp có chiều cao thấp để tăngcường khả năng chị mômen âm và mômen dương của dầm cứng như cách cấu tạo trong cầuAyumi ở Nhật Bản

1.6.2 Sơ đồ bố trí nhịp cầu Extradose

Sau đây giới thiệu một số sơ đồ bố trí nhịp điển hình của cầu Extradose:

Cầu Extradose hai nhịp

Cầu Extradose hai nhịp dành cho các cầu vượt qua đường, vượt qua sông hay thung lũng khônglớn lắm Các phương án cầu hai nhịp được chọn chủ yếu do điều kiện địa chất, địa hình hoặcyêu cầu kiến trúc tổng thể xung quanh khu vực cầu Thông thường cột tháp được đặt ở giữanhịp, các cáp văng được bố trí đối xứng qua cột tháp tạo ra sự cân đối cho toàn cầu Điểnhình cho loại cầu này là cầu Miyakodagawa ở Nhật Bản Cầu có khẩu độ (133+133m) vượt quathung lũng sâu, ben dưới có sông nhỏ và đường ôtô liên tỉnh (Hình1.17) Cột tháp được cấu tạobằng bêtông cốt thép bên trong có ống thép φ1.5m, cao 20m tính từ mặt cầu Chiều cao của trụrất lớn khoảng 54m tính từ bệ móng đến bản đáy của dầm chủ

Đối với cầu hai nhịp, cột tháp có thể được đặt lệch sang một bên tạo ra chiều dài hainhịp không bằng nhau Dưới tác dụng của tĩnh tải, trọng lượng bản thân của của nhịp lớn