Thiết kế kỹ thuật cầu nguyễn văn trỗi day văng

Thiết kế kỹ thuật cầu Nguyễn Văn Trỗi-Trần Thị Lý Cập nhật vào : 09:08 2013 Tham luận WSP Finland Ltd Helsinki, Phần Lan – đơn vị thiết kế cầu Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý hội thảo khoa học “Ứng dụng tiến công nghệ phát triển hoàn thiện kết cấu hạ tầng giao thông đô thị thành phố Đà Nẵng” ngày 21/9/2012 I Giới thiệu chung Cầu Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý nằm thành phố Đà Nẵng, miền Trung Việt Nam, cách thủ Hà Nội 764km phía Bắc cách thành phố Hồ Chí Minh 964km phía Nam Đây thành phố cảng quan trọng thuộc vùng duyên hải Biển Đông, nằm trục đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, đường hàng không Bắc – Nam Cầu nối hai bờ sông Hàn, nối quận Hải Châu với quận Sơn Trà Ngũ Hành Sơn Năm 2007, thi phương án kiến trúc cầu Trần Thị Lý thành phố Đà Nẵng tổ chức với tham gia nhiều Công ty Tư vấn quốc tế nước Phương án Tư vấn TECCO5 Phương án Tư vấn TEDI Phương án Tư vấn Nhật Bản Phương án Tư vấn Trung Quốc Phương án Tư vấn WSP (Phần Lan) – Phương án Phương án Tư vấn Phần Lan WSP – Phương án (Được lựa chọn) Điểm đặc biệt Đồ án WSP đáp ứng yêu cầu Chủ đầu tư có cầu độc đáo kiến trúc kết cấu với độ cao lớn để làm điểm nhấn cảnh quan Việc lựa chọn trụ tháp đơn nghiêng cao 145m dây văng mặt phẳng phần dây phía Tây bố trí xoắn khơng gian cánh buồm đáp ứng tốt yêu cầu này, thể nét độc đáo, đại khát vọng vươn lên thành phố Đà Nẵng Đồ án kết hợp thể kiến trúc hài hòa nút giao thơng phía Đơng Tây cầu, nơi có bố trí lối lên cầu bố trí tượng đài hai nhân vật lịch sử gắn với địa danh Nguyễn Văn Trỗi Trần Thị Lý Đồ án kiến trúc WSP đoạt giải WSP sau giao nhiệm vụ thiết kế sở thiết kế kỹ thuật theo phương án chọn thi thiết kế kiến trúc II Tóm tắt nội dung thiết kế kỹ thuật cầu Kết cấu móng cầu Tất trụ cầu đặt hệ thống cọc khoan nhồi đường kính 1500mm Khả chịu tải cọc xác định theo phương pháp tiêu chuẩn AASHTO 1998 LFRD Để đạt khả chịu tải yêu cầu, cao độ đáy mũi cọc đặt vào chiều sâu từ -45 tới -56 Phần mố So thiết kế đặt hệ móng cọc đóng BTCT 350x350mm Kết cấu trụ cầu Tất trụ trung gian phần cầu dẫn bao gồm hai cột tròn bê tông cốt thép Các cột thiết kế với mặt cắt ngang đủ rộng để có vị trí đặt kích trình thay gối cầu Hình 2: Trụ cầu (S6 – S8) Các trụ vị trí nước (các trụ S6 – S8) đỡ bệ cọc bê tơng cốt thép Các trụ phía gần bờ sông (trụ S9, S11) tương tự trụ nước, bệ cọc tách biệt, khơng có liên kết nối khối lại với Hình dạng bệ cọc khối hình chữ nhật Các thân trụ trụ S12 rộng thân trụ khác, có dạng hình oval Mỗi thân có gối để đỡ nhịp dầm dự ứng lực đặt bệ cọc bê tông cốt thép cọc khoan nhồi Khe co giãn cầu cầu dẫn đặt trụ S6 Các trụ lắp đặt gối để đỡ hai dầm Các thân trụ S6 có đường kính lớn các cột trụ khác nhằm đảm bảo bố trí số lượng gối cầu nhiều Trụ S5 Hình dạng trụ S5 nghiên cứu để hợp lý mỹ quan tính kinh tế Trụ bao gồm kết cấu bê tơng cốt thép hình elíp, đặt bệ trụ dày 4m hệ móng cọc gồm 58 cọc khoan nhồi đường kính 1,5m Hình 3: Trụ cầu S5 Mố S0-S1 Mố S1 liên kết cứng với kết cấu thượng cầu Mố đặt bệ mố dày 2m cọc khoan nhồi đường kính 1,5m Lớp bê tơng bịt đáy khơng cốt thép phía bệ mố neo vào bệ mố cốt thép Các dây cáp văng cầu neo mố kéo sau mố Phòng neo cáp trang bị hệ thống thơng gió lỗ nước Mố dự ứng lực theo hướng Dự ứng lực theo phương ngang kéo mép tường sau bệ mố Dự ứng lực ngang thiết kế kéo dự ứng lực từ khe nối thi công Dự ứng lực theo phương đứng nối từ khu vực liên kết kết cấu thượng với mố Các tường có neo cáp dự ứng lực theo phương thẳng đứng Kết cấu đường chui bên trái phía cuối cầu (S0) nối cứng với mố Loại kết cấu đường chui khung Góc khung nối cứng Hệ thống khung đặt hai hàng cọc 35x35cm Phía chân khung liên kết với mố S1 dầm BTCT 4 Mố S13 Mố S13 loại kết cấu dạng tường chắn, gồm thân mố tường cánh Mố có lối vào phục vụ cho việc tu bảo dưỡng gối kiểm tra khe co giãn Kết cấu phần 5.1 Các nhịp từ S1 tới S5 Kết cấu thượng từ trụ S1 tới S5 gồm dầm hộp đôi bêtông dự ứng lực Chiều dài nhịp biên 50m Các dầm dự ứng lực theo phương dọc mặt cầu theo phương ngang Hình 4: Mặt cắt ngang dầm nhịp biên 5.2 Các nhịp từ S5 tới S6 Nhịp trụ S5 S6 tổ hợp dầm hộp đôi ngăn bê tông dự ứng lực, treo hệ thống dây cáp văng mặt phẳng dây cầu Dầm hộp BTCT tăng cứng giằng thép lòng Khoảng cách giằng thép 3m theo phương dọc cầu Dầm cầu căng cáp dự ứng lực theo phương dọc phương ngang, đặt phía mặt cầu Hình 5: Mặt cắt ngang dầm nhịp 5.3 “Bàn trụ” trụ S5 (Khối Ko trụ S5) Tại vị trí thay đổi kết cấu dầm khu vực nối với trụ tháp cứng, “bàn trụ” (khối Ko) bố trí Bàn trụ dự ứng lực theo phương dọc phần dầm cầu Phần hẫng dầm ngang dự ứng lực mặt cầu dự ứng lực để chống lại lực xoắn lớn khu vực gối dầm gây Hình 6: Mặt cắt ngang Bàn trụ trụ S5 5.4 Các nhịp từ S6 tới S11 Kết cấu thượng từ trụ S6 tới S11 gồm dầm hộp đôi bêtông dự ứng lực, tương tự nhịp biên Cầu Chiều dài chủ yếu nhịp dẫn 50m, trừ nhịp trụ S6-S7 có chiều dài nhịp 45m Các dầm dự ứng lực theo phương dọc mặt cầu theo phương ngang 5.5 Các nhịp từ S11 tới S13 Cầu dẫn vượt đường Trần Hưng Đạo gần mố S13 Điểm hay đồ án dùng giải pháp thêm trụ S12 để giảm chiều dài nhịp, giảm chiều cao kiến trúc dầm vượt đường Phần chuyển tiếp từ dầm hộp sang dầm mỏng dùng vòm parabol bố trí nhịp S11-S12, vừa tạo nét thẩm mỹ vừa giải pháp kết cấu hợp lý Hình 7: Mặt cắt ngang dầm (trụ S11- trụ S13) 5.6 Kết cấu trụ tháp dây văng Trụ tháp tháp bê tơng cốt thép cao 145m tính từ mực nước biển cao 134m tính từ mặt cầu, nghiêng 12 độ phía Tây cầu Góc ngiêng trụ tháp tạo tính thẩm mỹ cao kiến trúc cầu Mặt cắt ngang tháp có hình chữ V, mở phía mố S1 theo hướng cáp văng phía sau Để tối ưu hệ móng trụ tháp, kết cấu trụ tháp liên kết cứng với dầm mặt cầu tựa trụ S5 thơng qua hệ gối cầu hình chỏm cầu Đây gối chỏm cầu có tải trọng lớn giới từ trước đến nay, với sức chịu tải lên đến 25.000 5.7 Gối cầu khe co giãn Gối chậu cao su di động theo phương dọc sử dụng cho trụ từ S2 tới S4 Các gối cố định phương ngang, phương khác chuyển vị tự để không gây tác động cưỡng bước Gối hình chỏm cầu cho phép chuyển vị theo phương dọc ngang lắp đặt vị trí trụ S5 Có gối hình cầu đặt vị trí Hai gối lớn với tải trọng 25000 đặt phần trụ cầu để chịu tải trọng lớn truyền từ trụ tháp xuống Hai gối nhỏ đặt phía bên ngồi để đỡ dầm cân cho trụ Hai gối cố định theo phương ngang gối biên chuyển vị tự Khe co giãn thiết kế trụ S6 mố S13 Hình 8: Gối chậu cao su (phía trên), gối hình chỏm cầu (ở dưới) III Thơng tin tóm tắt phương pháp phân tích kết cấu Quy trình tiêu chuẩn kỹ thuật Tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 272-05 “Tiêu chuẩn thiết kế cầu” áp dụng cho thiết kế dự án cầu Nguyễn Văn Trỗi - Trần Thị Lý Bổ sung thêm tiêu chuẩn hướng dẫn áp dụng: • AASHTO (phiên năm 1998 sau) tiêu chuẩn thiết kế cầu theo LRFD • CEB-FIB Model Code 1990: tiêu chuẩn thiết kế (từ biến co ngót) Kết cấu hạ Tương tác cọc đất mô tả với hệ số phản lực đất Mơ hình đàn hồi dùng để phân tích ảnh hưởng lực ngang Mơi trường đàn hồi và/hoặc tiêu đất sử dụng để tính tốn cho cọc theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, phương pháp phóng đại moment áp dụng (điều 4.5.3.2) Mố S1 trụ Các trụ từ S2 tới S5 mố S1 phân tích với kết cấu hạ bao gồm ảnh hưởng đất mơ hình tính tốn khơng gian chiều S1 truyền lực từ cáp dây văng vào dầm (nhịp biên) dầm hộp ngang Dầm hộp dự ứng lực để chống lại mô men (tường sau) Sức nặng thân bê tơng mố (có tính vật liệu đổ bên trong) theo phương thẳng đứng chống lại lực nâng lên cáp văng Thành phần lực cáp văng theo phương đứng neo lại cáp dự ứng lực Cũng liên kết mố neo với nhịp biên dự ứng lực thẳng đứng Kết cấu thượng Phần cầu phân tích phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) dùng phần mềm RM2006 Phần cầu dẫn phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) dùng phần mềm MIDAS/ Civil sử dụng rộng rãi tồn giới Mơ hình phân tích tổng thể dầm dầm nhịp dẫn Kết cấu thượng phân tích theo hướng dọc với phần tử dầm 3D Các phần tử dầm mô hình theo thiết kế hình học cầu, có xét đến thay đổi (thay đổi chiều dày sườn dầm cánh dầm, thay đổi chiều cao dầm chính) mặt cắt ngang Mơ tổng thể tạo việc kết hợp dầm dầm ngang khu vực gối cầu Hiệu ứng độ vồng tới ứng xử cáp dây văng tính tốn (theo cơng thức) Hình 9: Mơ hình phần tử hữu hạn Các đặc điểm mặt cắt ngang định nghĩa sử dụng mô hình phần tử solid để tính chất chịu xoắn vặn dầm hộp nhiều hình dạng khác tính tốn cách gần Tác dụng tải trọng xe cộ xem xét điểm tới hạn cầu với phân tích tính ảnh hưởng Phần mềm tự động đánh giá vị trí chịu tải tới hạn để chọn hiệu ứng tải bất lợi Ứng suất, lực tác dụng chuyển vị nghiên cứu phân tích tính ảnh hưởng Hình 10: mặt đứng mơ hình phần tử hữu hạn a) trạng thái cuối b) q trình thi cơng Các tính chất mặt cắt ngang cấu kiện kết cấu mơ hình định nghĩa theo kích thước kết cấu Các trụ cầu mơ hình liên kết với đất gối đàn hồi với bậc tự Độ cứng gối đàn hồi xác định mơ hình riêng lẻ có xem xét tới tương tác lẫn giữ kết cấu hạ đất Các thay đổi điều kiện trụ cầu trình thi cơng mơ hình theo phương pháp thi cơng thiết kế Phân tích đàn hồi tuyến tính giai đoạn phù hợp với giai đoạn thi công thực Ảnh hưởng co ngót, từ biến mơ hình việc phân tích kết cấu Mơ hình phân tích tổng thể trụ tháp Phần mềm Lusa phiên 14 sử dụng cho việc phân tích cầu phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) Phần mềm sử dụng có xét tới khả ảnh hưởng phi tuyến tính tốn Phi tuyến hình học sử dụng trạng thái giới hạn cường độ Tải trọng gió lớn độ mảnh theo phương ngang, ảnh hưởng nứt bê tông nghiên cứu Nứt bê tông xem xét với vật liệu phi tuyến với hệ số mô men đường cong biểu diễn quan hệ với lực nén Các số liệu ban đầu phân tích trụ tháp (ứng suất ban đầu, lực cáp ban đầu) từ việc phân tích cầu tải trọng lâu dài sau tải trọng tạm thời thi công phương pháp đúc hẫng tính tốn cho trụ tháp Tải trọng động đất định nghĩa phân tích động riêng (báo cáo bổ sung) Các tải trọng (tải trọng lâu dài, hoạt tải, tải trọng gió) từ phân tích phi tuyến, tải trọng thứ cấp từ phân tích tuyến tính (tải trọng nhiệt độ, tải trọng lún, khác) tải trọng động đất tổ hợp tính Hình 11: Mơ hình phần tử hữu hạn trụ tháp Biến dạng tải trọng gió Các tính tốn sức kháng mặt cắt làm với phần mềm Nén Uốn trục (Kata) Đó tiêu chuẩn Phần Lan dựa phần mềm để tính tốn mặt cắt ngang chịu nén mô men uốn trục Sức kháng uốn danh định tính tốn kết ứng suất, lực căng kiểm tra nhằm đảm bảo giá trị giới hạn không vượt giới hạn Sự phân bố đườn parabol sứng suất-lực căng sử dụng trạng thái giới hạn cực hạn cho tính tốn giá trị số liệu ban đầu được định nghĩa để phù hợp với giá trị tiêu chuẩn thiết kế Hình 12: Ba hình dạng nghiên cứu khác chuyển vị hình học tính tốn Chuyển vị lệch tâm 100mm 20 dao động sử dụng thiết kế chuyển vị hình học mơ hình Phân tích phi tuyến tuyến tính thực với tải trọng dọc trục lớn trụ tháp đường bao ảnh hưởng tải trọng thêm vào cho hiệu ứng lực khác Các mơ hình phân tích cục Các mơ hình phân tích cục riêng lẻ xây dựng cho thiết kế chi tiết Mơ hình phân tích “chống giằng” (hay gọi Sơ đồ hệ thanh) mơ hình phần mềm Lusa Trong mơ hình phần tử dầm kích thước chiều (3D) sử dụng Mơ hình phần tử khối (solid) dùng để phân tích cho khối Ko trụ S5) bệ trụ kê trụ tháp Hình 13: Mơ hình phần tử khối bệ trụ kê gối Đối với khối Ko, phần tử khối 3D sử dụng để kiểm tra mơ hình “chống giằng” trụ tháp loại dầm khác Mục tiêu việc mơ hình phần tử khối để xác định phân bố ứng suất tuyến tính vị trí nguy hiểm Hình 14: Mơ hình phần tử khối “bàn trụ” Phân bố ứng suất ngang tĩnh tải IV Kết luận Với nét độc đáo kiến trúc kết cấu cầu, thiết kế hài hòa với cảnh quan hai đầu cầu, việc trao giải cho Đồ án thiết kế xác đáng thi kiến trúc tiền đề để Tư vấn nội có hội học hỏi, giao lưu có tiến lĩnh vực kiến trúc kết cấu cầu, lĩnh vực tương đối Việt nam Sự tiến Tư vấn nội thể rõ qua kết thi kiến trúc cầu sau cầu Nhật Lệ Quảng Bình, cầu vượt Ngã ba Huế Đà nẵng, nơi Tư vấn nội Tư vấn 533, Tư vấn Đường sắt có đồ án có chất lượng đoạt giải, tin tưởng giao nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật Việc Kỹ sư Việt nam có hội hợp tác với Tư vấn ngoại công tác thiết kế, phân tích kết cấu, giám sát thi cơng thi công kết cấu cầu phức tạp thành lớn đạt Dự án này, giúp nắm vững cơng nghệ thiết kế thi cơng cơng trình tương tự tương lai Cây cầu cụm nút hai đầu cầu sau hoàn thành trở thành điểm nhấn cảnh quan thấy từ máy bay, điểm thu hút du khách đến viếng thăm, vãn cảnh với giá trị văn hóa lịch sử lưu giữ phát huy./  ... danh Nguyễn Văn Trỗi Trần Thị Lý Đồ án kiến trúc WSP đoạt giải WSP sau giao nhiệm vụ thiết kế sở thiết kế kỹ thuật theo phương án chọn thi thiết kế kiến trúc II Tóm tắt nội dung thiết kế kỹ thuật. .. “Tiêu chuẩn thiết kế cầu áp dụng cho thiết kế dự án cầu Nguyễn Văn Trỗi - Trần Thị Lý Bổ sung thêm tiêu chuẩn hướng dẫn áp dụng: • AASHTO (phiên năm 1998 sau) tiêu chuẩn thiết kế cầu theo LRFD... tin tưởng giao nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật Việc Kỹ sư Việt nam có hội hợp tác với Tư vấn ngoại cơng tác thiết kế, phân tích kết cấu, giám sát thi công thi công kết cấu cầu phức tạp thành lớn đạt