Nghiên cứu ảnh hưởng tiết diện dây văng đến sự phân bố nội lực trong cầu treo dây văng 3 nhịp 2 mặt phẳng dây

-1- MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VĂNG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU TREO DÂY VĂNG TRÊN THẾ GIỚI: 1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CẦU TREO DÂY VĂNG Ở VIỆT NAM: .10 CHƯƠNG 2: 2.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VĂNG 15 SƠ ĐỒ HÌNH THÁI CỦA CẦU TREO DÂY VĂNG: 15 2.1.1 Cầu treo dây văng nhòp: 15 2.1.2 Cầu treo dây văng nhịp: 16 2.1.3 Cầu treo dây văng nhịp: 17 2.1.4 Cầu treo dây văng nhiều nhịp: .17 2.2 SƠ ĐỒ VÀ SỰ PHÂN BỐ DÂY TREO: 18 2.2.1 Sơ đồ dây đồng quy: .18 2.2.2 Sơ đồ dây song song: 18 2.2.3 Sơ đồ dây rẽ quaït: 19 2.2.4 Sơ đồ dây liên hợp: .19 2.3 SOÁ LƯNG DÂY – CHIỀU DÀI KHOANG DẦM: 20 2.3.1 Phương án dây khoang lớn: .20 2.3.2 Phương án nhiều dây khoang nhỏ: 20 2.4 SỐ MẶT PHẲNG DÂY: 21 2.4.1 Sơ đồ mặt phẳng dây: 21 2.4.2 Sơ đồ mặt phẳng daây: 22 2.4.3 Sơ đồ mặt phẳng dây: 22 2.5 CAÙC DẠNG THÁP CẦU: 23 2.6 DẦM CHỦ: 24 2.6.1 Dầm chủ đơn năng: 25 2.6.2 Dầm chủ đa năng: 25 2.7 CÁP DÙNG CHO DÂY VĂNG: 27 2.7.1 Sơ lược tính toán cáp loại cáp: .27 2.7.2 Cáp gồm song song: .30 -2- 2.7.3 Cáp gồm sợi song song: 31 2.7.4 Tao caùp: 32 2.7.5 Cáp kín: 33 2.7.6 Bó cáp: 34 2.7.7 Cấu tạo đầu neo: 35 2.8 CÁP DÂY VĂNG CỦA MỘT SỐ CẦU Ở VIỆT NAM : 36 2.8.1 Chi Tiết Cáp Dây Văng Cầu Lê Hồng Phong (Tỉnh Bình Thuận): 37 2.8.2 Chi Tiết Cáp Dây Văng Cầu Phú Mỹ (Tp HCM): 37 2.8.3 Chi tiết cáp dây văng cầu Mỹ Thuận (tỉnh Vónh Long): 39 2.8.4 Chi tiết cáp dây văng cầu Cần Thơ (Tp Cần Thơ): .40 2.9 PHẠM VI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN: 42 CHƯƠNG 3: CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VĂNG 43 3.1 THEO LÝ THUYẾT CỦA CƠ HỌC KẾT CẤU: .43 3.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN: 46 3.3 TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VĂNG BẰNG MIDAS/CIVIL: 48 3.3.1 Tổng quan phần meàm MIDAS/ Civil: 48 3.3.2 Các loại phần tử Midas/Civil: .49 3.3.3 Điều kiện biên Midas/Civil: 51 3.3.4 Moâ hình hoá phân tích kết cấu cầu treo dây văng Midas/Civil: 53 3.3.5 Nội dung điều chỉnh nội lực cầu treo dây văng: 56 3.4 Một số công trình cầu thiết kế, tính toán với MIDAS/Civil: 59 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TIẾT DIỆN DÂY VĂNG ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC TRONG CẦU TREO DÂY VĂNG NHỊP MẶT PHẲNG DÂY .62 4.1 ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU: 63 4.2 CÁC SƠ ĐỒ CẦU VỚI CÁC TRƯỜNG HP TIẾT DIỆN DÂY VĂNG KHÁC NHAU: .68 4.2.1 Sơ đồ 1: Các dây văng có tiết diện khác 68 4.2.2 Sơ đồ 2: Các dây văng có tiết diện giống 69 -3- 4.3 THÔNG SỐ VẬT LIỆU VÀ ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU: 70 4.3.1 Vật liệu: 70 4.3.2 Đặc trưng hình học phận kết cấu cầu: 71 4.4 CÁC TRƯỜNG HP TẢI TRỌNG NGHIÊN CỨU: 73 4.4.1 Tónh tải phần 1: 73 4.4.2 Tónh tải phần 2: 73 4.4.3 Lực căng trước dây văng: .73 4.4.4 Hoạt tải xe ôtô thiết kế: 74 4.5 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN: 75 4.6 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN: 76 4.6.1 NỘI LỰC TRONG DÂY VĂNG: .76 4.6.1.1 Lực căng trước lớn dây văng Fx max: 76 4.6.1.2 Lực kéo lớn dây văng Fx: 78 4.6.1.2.1 Trường hợp tónh tải + lực căng trước dây văng: 78 4.6.1.2.2 Trường hợp tải troïng HL-93: 80 4.6.2 NỘI LỰC TRONG DẦM CHỦ: 82 4.6.2.1 Trường hợp tónh tải + lực căng trước dây văng: .82 4.6.2.1.1 Mômen uốn lớn dầm chủ nhịp biên My: 82 4.6.2.1.2 Mômen uốn lớn dầm chủ vị trí trụ tháp My: 85 4.6.2.1.3 Mômen uốn lớn dầm chủ nhịp My: 87 4.6.2.1.4 Lực cắt lớn dầm chủ nhịp biên Fz: 90 4.6.2.1.5 Lực cắt lớn dầm chủ vị trí trụ tháp Fz: 92 4.6.2.1.6 Lực cắt lớn dầm chủ nhịp Fz: 94 4.6.2.1.7 Lực dọc lớn dầm chủ nhịp biên Fx: 96 4.6.2.1.8 Lực dọc lớn dầm chủ vị trí trụ tháp Fx: 98 4.6.2.1.9 Lực dọc lớn dầm chủ nhịp Fx: 100 4.6.2.2 Trường hợp tải trọng HL-93: 103 4.6.2.2.1 Mômen uốn lớn dầm chủ nhịp biên My: 103 4.6.2.2.2 Mômen uốn lớn dầm chủ vị trí trụ tháp My: 105 -4- 4.6.2.2.3 Mômen uốn lớn dầm chủ nhịp My: 107 4.6.2.2.4 Lực cắt lớn dầm chủ nhịp biên Fz: 110 4.6.2.2.5 Lực cắt lớn dầm chủ vị trí trụ tháp Fz: 112 4.6.2.2.6 Lực cắt lớn dầm chủ nhịp Fz: 114 4.6.2.2.7 Lực dọc lớn dầm chủ nhịp biên Fx: 116 4.6.2.2.8 Lực dọc lớn dầm chủ vị trí trụ tháp Fx: 118 4.6.2.2.9 Lực dọc lớn dầm chủ nhịp Fx: 120 4.6.3 NỘI LỰC TRONG TRỤ THÁP: 122 4.6.3.1 Trường hợp tónh tải + lực căng trước dây văng: .122 4.6.3.1.1 Mômen uốn lớn trụ tháp My: .122 4.6.3.1.2 Mômen uốn lớn trụ tháp Mz: .125 4.6.3.1.3 Mômen xoắn dương lớn trụ tháp M+x: 127 4.6.3.1.4 Lực cắt lớn trụ tháp Fy: .129 4.6.3.1.5 Lực cắt lớn trụ tháp Fz: .131 4.6.3.1.6 Lực dọc lớn trụ tháp Fx: 133 4.6.3.2 Trường hợp tải trọng HL-93: 135 4.6.3.2.1 Mômen uốn lớn trụ tháp My: .135 4.6.3.2.2 Mômen uốn lớn trụ tháp Mz: .137 4.6.3.2.3 Mômen xoắn lớn trụ tháp Mx: .139 4.6.3.2.4 Lực cắt lớn trụ tháp Fy: .141 4.6.3.2.5 Lực cắt lớn trụ tháp Fz: .143 4.6.3.2.6 Lực dọc lớn trụ tháp Fx: 145 CHƯƠNG 5: 5.1 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 148 KẾT LUẬN: 148 5.1.1 Sô đồ (các dây văng có tiết diện khác nhau): 148 5.1.2 Sơ đồ (các dây văng có tiết diện giống nhau): 149 5.2 KIẾN NGHỊ: 149 -5- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VĂNG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU TREO DÂY VĂNG TRÊN THẾ GIỚI: Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ nước giới, kéo theo phát triển vượt bậc sở hạ tầng, công trình giao thông có bước tiến dài Hình ảnh cầu treo dây văng gắn liền với đặc trưng hay biểu tượng vùng, quốc gia Cầu treo dây văng mang dáng vẻ cầu đại, thật ý tưởng xuất từ lâu Cầu dây văng, loại cầu sử dụng dây cáp liên kết từ hay nhiều cột tháp để treo hệ mặt cầu Một cầu treo dây văng điển hình có hệ dầm liên tục với hay nhiều cột tháp đặt trụ cầu khoảng nhịp Từ cột tháp dây văng tỏa xuống đỡ hệ dầm chủ Ý tưởng đỡ dầm hệ dây xiên tỏa xuống từ cột buồm hay tháp xuất từ thời cổ xưa người Ai Cập áp dụng ý tưởng cho thuyền buồm họ Vào đầu năm 1617, Faus-tus Verantius, kỹ sư Venice (Ý), phác họa cầu với nhiều dây xiên Đến năm 1784, thợ mộc ngøi Đức, C.T Loescher, thiết kế cầu gỗ nhịp 32m gồm treo gỗ gắn vào cột tháp gỗ Năm 1790 công trình sư người Pháp Poet đề nghị dùng tháp cầu hệ dây văng đỡ hệ mặt cầu cầu ba nhịp Năm 1817, ý tưởng Poet thực Anh cầu người có nhịp 33.5m, hệ dầm mặt cầu đỡ dây văng xuất phát từ đỉnh tháp cầu, phía đối diện với dây văng bố trí dây neo -6- Năm 1868 Praha xây dựng cầu treo dây văng qua sông Vltava có nhịp 146.6m Năm 1883 đánh dấu đời cầu có giá trị kỷ, cầu Brooklyn, New York, thiết kế J Roebling Cây cầu này, với nhịp dài 486.5m, chiều dài toàn 1059.90m, cầu sử dụng thép thay cho sắt, với cường độ cao gấp hai lần Đến kỷ 20, loại cầu phát triển kiến thức tính toán vật liệu trước chưa phù hợp với loại cầu Năm 1925, Pháp xây dựng cầu treo dây văng qua sông Trie có nhịp 112m Trong năm 1950, việc phát triển vật liệu cáp cường độ cao cộng với lợi ích giá làm hồi phục quan tâm cầu dây văng Các dây văng mới, làm từ tao thép cường độ cao, thép hay sợi thép cường độ cao, có khả chịu tải lớn dễ dàng lắp đặt Cầu treo dây văng đại trở nên kinh tế cho cầu có độ nhịp nằm khoảng 180 đến 610m Năm 1955, cầu Stromsund (Thụy Điển) Dischinger thiết kế trở thành cầu treo dây văng đại giới Cầu có dầm cứng liên tục ba nhịp làm thép hợp kim dây văng làm dây cáp cường độ cao Bản mặt cầu bê tông cốt thép Vào năm 1962, Morandi xây dựng cầu bê tông dự ứng lực bắc qua hồ Maracaibo Venezuela Năm 1963, cầu treo dây văng có dầm cứng BTCT xây dựng qua sông Đniep Kiep Cầu có nhịp dài 144m, khoang dầm d=20m Năm 1964 Đức - cầu bắc qua sông Rhin, mặt phẳng dây -7- Năm 1967 Italia - cầu Pôntrevera, nhịp 207.90m Năm 1971 Libi - cầu qua thung lũng Vadienkup, nhịp 282m Năm 1972 Mỹ - cầu Pasco-Kennewich, nhịp 300m, khoang dầm 8.50m, hai mặt phẳng dây Năm 1975 Pháp - cầu có dầm cứng thép, nhịp 404m, tháp chữ A Năm 1975 Trung Quốc - Cầu Tứ Xuyên, nhịp 75.84m Năm 1976 Achentina - cầu qua sông Parana, nhịp 245m Năm 1977 Pháp - cầu qua sông Seine, nhịp 320m, dầm chủ dạng hộp BTCT, lắp hẫng, mặt phẳng dây Năm 1985 Trung Quốc - cầu Mã Tích, nhịp 60m Năm 1993 Trung Quốc - cầu Thượng Hải, nhịp 602m Từ xuất máy tính điện tử với phương pháp tính toán thiết kế xác hơn, công nghệ vật liệu phương pháp thi công đại đời; cầu treo dây văng quan tâm, nghiên cứu ứng dụng rộng rãi khắp giới tính ưu việt mặt kỹ thuật, mỹ thuật kinh tế cầu có đòi hỏi phải vượt nhịp lớn Các kỷ lục chiều dài nhịp liên tục bị phá vỡ giới, kể đến số cầu sau: -8- ¾ Cầu Normandie Pháp (hình 1.1): có nhịp dài 856m, hoàn thành vào năm 1995 Hình 1.1 Cầu Normandie, 1995 ¾ Cầu Tatara Nhật Bản (hình 1.2): cầu treo dây văng dài giới hoàn thành vào 1/5/1999, nhịp dài 890m Hình 1.2 Cầu Tatara, 1999 -9- Ngoài ra, cầu treo dây văng đạt yêu cầu cao mặt mỹ thuật điển số cầu đây: ¾ Cầu Alamillo đường cao tốc La Cartuja, Sevilla, Tây Ban Nha (hình 1.3): Chiếc cầu đàn hạc bắc qua sông Guadalquivir dài 250m, cầu có nhịp 200m, tháp cầu cao 134m bố trí nghiêng 32o tạo dáng mũi tên, xây dựng năm 1992 Hình 1.3 Cầu Alamillo, 1992 ¾ Cầu Rotterdam Hà Lan (hình 1.4): mang màu sắc tương tự cầu Alamillo Hình 1.4 Cầu Rotterdam - 10 - ¾ Cầu Bratislava - Cộng hòa Slovakia (hình 1.5): xây dựng sông bên lề thành phố, tháp cầu có bố trí quán ăn vừa gây ấn tượng, vừa tạo phần đối trọng cho phần tónh tải nhịp Hình 1.5 Cầu Bratislava Sự đời phát triển cầu treo dây văng giới thu hút lòng say mê, sáng tạo nhà khoa học đạt thành tựu đáng tự hào Trong phạm vi chiều dài nhịp định cầu treo dây văng vượt nhịp lớn, tốn cho kết cấu trụ, từ đảm bảo mặt kỹ thuật đảm bảo thông thoáng cầu Mặc khác với bố trí số lượng mặt phẳng dây sơ đồ bố trí dây treo tạo tính đa dạng phong phú mà cầu khác 1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CẦU TREO DÂY VĂNG Ở VIỆT NAM: Ở Việt Nam, cầu treo dây văng xây dựng năm 1976 qua sông Đak’rông thuộc tỉnh Quảng Trị Cầu có chiều dài nhịp 129m, chiều rộng 7m+2x0.8m bị sập tháng năm 1999 gỉ, đứt neo - 138 - (As5 - As1)/ As1 200% 13.86% 7.89% 13.77% 7.70% (As6 - As1)/ As1 250% 15.07% 8.50% 14.96% 8.28% (As7 - As1)/ As1 300% 15.99% 8.95% 15.85% 8.69% + Từ bảng 4.33 ta thấy mômen uốn dương lớn M z trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng lớn xe hai trục thiết kế + tải trọng nên ta nhận xét với trường hợp xe tải thiết kế + tải trọng Biểu đồ 4.35 Tỷ lệ mômen M+z max trụ tháp xe tải thiết kế+tải trọng 25% Tỷ lệ moment M+z max 20% 15% 10% 5% 0% Sơ đồ -5% Sơ đồ -10% -15% -20% -25% -50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% Tỷ lệ tiết diện dây Nhận xét: Từ kết bảng 4.33 biểu đồ 4.35, ta nhận thấy thay đổi tiết diện dây văng từ As0 đến As7 ứng với tỷ lệ từ -50% đến 300% sơ đồ cầu thay đổi mômen uốn dương lớn M+z trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng sau: ™ Sơ đồ 1: Khi tiết diện dây văng lớn mômen uốn dương lớn M+z trụ tháp lớn với giá trị từ M+z= 2,321.28 kNm (tiết diện As0) đến giá trị M+z= 3,148.22 kNm (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 mômen uốn dương lớn - 139 - M+z trụ tháp giảm tương đối nhanh (-14.48%) Tỷ lệ thay đổi từ -14.48% → 15.99% ™ Sơ đồ 2: Khi tiết diện dây văng lớn mômen uốn dương lớn M+z trụ tháp lớn với giá trị từ M+z= 2,691.06 kNm (tiết diện As0) đến giá trị M+z= 3,208.46 kNm (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 mômen uốn dương lớn M+z trụ tháp giảm tương đối nhanh (-8.62%) Tỷ lệ thay đổi từ -8.62% → 8.95% 4.6.3.2.3 Mômen xoắn lớn trụ tháp Mx: Kết mômen xoắn dương lớn trụ tháp M+x xe tải TK+tải trọng xe trục TK+tải trọng ứng với giá trị tiết diện dây văng từ As0 đến As7 hai sơ đồ cầu trình bày bảng 4.34 sau: Bảng 4.34 Mômen xoắn M+x max trụ tháp Tiết diện dây văng Asi Mômen xoắn M+x max (kNm) Xe tải TK+Tải trọng Xe trục TK+Tải trọng SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ SƠ ÑOÀ As0 0.00503 3,261.39 3,174.50 3,026.47 2,941.40 As1 0.01005 2,822.56 2,677.87 2,615.86 2,477.42 As2 0.01508 2,557.32 2,402.13 2,365.91 2,218.63 0.0201 2,376.01 2,226.49 2,195.18 2,053.58 As4 0.02513 2,245.36 2,104.45 2,072.06 1,938.64 As5 0.03015 2,146.79 2,014.36 1,979.12 1,853.88 As6 0.03518 2,069.70 1,944.94 1,906.32 1,788.52 0.0402 2,007.68 1,889.70 1,847.83 1,736.45 As3 As7 Tỷ lệ trường hợp (As0 - As1)/ As1 -50% 15.55% 18.55% 15.70% 18.73% (As1 - As1)/ As1 0% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% (As2 - As1)/ As1 50% -9.40% -10.30% -9.56% -10.45% (As3 - As1)/ As1 100% -15.82% -16.86% -16.08% -17.11% (As4 - As1)/ As1 150% -20.45% -21.41% -20.79% -21.75% - 140 - (As5 - As1)/ As1 200% -23.94% -24.78% -24.34% -25.17% (As6 - As1)/ As1 250% -26.67% -27.37% -27.12% -27.81% (As7 - As1)/ As1 300% -28.87% -29.43% -29.36% -29.91% + Từ bảng 4.34 ta thấy mômen xoắn dương lớn M x trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng lớn xe hai trục thiết kế + tải trọng nên ta nhận xét với trường hợp xe tải thiết kế + tải trọng Tỷ lệ moment M+x max Biểu đồ 4.36 Tỷ lệ mômen M+x max trụ tháp xe tải thiết kế+tải trọng 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% -15% -20% -25% -30% -35% Sơ đồ Sơ đồ -50% 0% 50% 100% 150% 200% Tỷ lệ tiết diện dây 250% 300% Nhận xét: Từ kết bảng 4.34 biểu đồ 4.36, ta nhận thấy thay đổi tiết diện dây văng từ As0 đến As7 ứng với tỷ lệ từ -50% đến 300% sơ đồ cầu thay đổi mômen xoắn dương lớn M+x trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng sau: ™ Sơ đồ 1: Khi tiết diện dây văng lớn mômen xoắn dương lớn trụ tháp nhỏ với giá trị từ M+x= 3,261.39 kNm (tiết diện As0) đến giá trị M+x= 2,007.68 kNm (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 mômen M+x lớn trụ tháp tăng nhanh (15.55%) Tỷ lệ thay đổi từ 15.55% → -28.87% - 141 - ™ Sơ đồ 2: Khi tiết diện dây văng lớn mômen xoắn dương lớn M+x trụ tháp nhỏ với giá trị từ M+x= 3,174.50 kNm (tiết diện As0) đến giá trị M+x= 1,889.70 kNm (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 mômen xoắn dương lớn M+x trụ tháp tăng tương đối nhanh (18.55%) so với tăng tiết diện dây văng từ As1 đến As7 Tỷ lệ trường hợp Asi so với trường hợp As1 thay đổi từ 18.55% → -29.43% 4.6.3.2.4 Lực cắt lớn trụ tháp Fy: Kết lực cắt lớn Fy trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng xe trục thiết kế + tải trọng ứng với giá trị tiết diện dây văng từ As0 đến As7 hai sơ đồ cầu trình bày bảng 4.35 sau: Bảng 4.35 Lực cắt Fy max trụ tháp Tiết diện dây văng Asi Lực cắt Fy max (kN) Xe tải TK+Tải trọng Xe trục TK+Tải trọng SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ SƠ ÑOÀ As0 0.00503 92.62 98.76 86.07 92.53 As1 0.01005 102.11 106.06 95.59 101.12 As2 0.01508 106.40 109.88 99.91 104.70 0.0201 108.83 112.02 102.39 106.68 As4 0.02513 110.40 113.37 104.42 107.92 As5 0.03015 111.49 114.27 105.89 108.74 As6 0.03518 112.42 114.91 106.96 109.32 0.0402 113.30 115.37 107.77 109.73 As3 As7 Tỷ lệ trường hợp (As0 - As1)/ As1 -50% -9.29% -6.88% -9.96% -8.49% (As1 - As1)/ As1 0% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% (As2 - As1)/ As1 50% 4.20% 3.60% 4.52% 3.54% (As3 - As1)/ As1 100% 6.58% 5.62% 7.11% 5.50% (As4 - As1)/ As1 150% 8.12% 6.89% 9.24% 6.72% (As5 - As1)/ As1 200% 9.19% 7.74% 10.78% 7.54% (As6 - As1)/ As1 250% 10.10% 8.34% 11.89% 8.11% - 142 - (As7 - As1)/ As1 300% 10.96% 8.78% 12.74% 8.51% Từ bảng 4.35 ta thấy lực cắt lớn Fy trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng lớn xe hai trục thiết kế + tải trọng nên ta nhận xét với trường hợp xe tải thiết kế + tải trọng Tỷ lệ lực cắt F+y max Biểu đồ 4.37 Tỷ lệ lực cắt Fy max trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% -2% -4% -6% -8% -10% Sơ đồ Sơ đồ -50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% Tỷ lệ tiết diện dây Nhận xét: Từ kết bảng 4.35 biểu đồ 4.37, ta nhận thấy thay đổi tiết diện dây văng từ As0 đến As7 ứng với tỷ lệ từ -50% đến 300% sơ đồ cầu thay đổi lực cắt lớn Fy trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng sau: ™ Sơ đồ 1: Khi tiết diện dây văng lớn lực cắt lớn Fy trụ tháp lớn với giá trị từ Fy= 92.62 kN (tiết diện As0) đến giá trị Fy= 113.30 kN (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 lực cắt lớn Fy trụ tháp giảm tương đối nhanh (-9.29%) Tỷ lệ thay đổi từ -9.29% → 10.96% - 143 - ™ Sơ đồ 2: Khi tiết diện dây văng lớn lực cắt lớn Fy trụ tháp lớn với giá trị từ Fy= 98.76 kN (tiết diện As0) đến giá trị Fy= 115.37 kN (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 lực cắt lớn Fy trụ tháp giảm tương đối nhanh (-6.88%) Tỷ lệ thay đổi từ -6.88% → 8.78% 4.6.3.2.5 Lực cắt lớn trụ tháp Fz: Kết lực cắt lớn Fz trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng xe trục thiết kế + tải trọng ứng với giá trị tiết diện dây văng từ As0 đến As7 hai sơ đồ cầu trình bày bảng 4.36 sau: Bảng 4.36 Lực cắt Fz max trụ tháp Tiết diện dây văng Asi Lực cắt Fz max (kN) Xe tải TK+Tải trọng Xe trục TK+Tải trọng SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ As0 0.00503 1,251.54 1,392.97 1,149.26 1,271.11 As1 0.01005 1,430.32 1,567.66 1,303.70 1,423.29 As2 0.01508 1,527.32 1,659.03 1,385.86 1,499.86 0.0201 1,609.52 1,716.82 1,451.41 1,548.06 As4 0.02513 1,672.52 1,757.98 1,506.63 1,581.60 As5 0.03015 1,720.23 1,789.05 1,548.44 1,606.94 As6 0.03518 1,758.19 1,813.64 1,581.51 1,627.01 0.0402 1,789.24 1,833.81 1,608.37 1,643.44 As3 As7 Tỷ lệ trường hợp (As0 - As1)/ As1 -50% -12.50% -11.14% -11.85% -10.69% (As1 - As1)/ As1 0% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% (As2 - As1)/ As1 50% 6.78% 5.83% 6.30% 5.38% (As3 - As1)/ As1 100% 12.53% 9.51% 11.33% 8.77% (As4 - As1)/ As1 150% 16.93% 12.14% 15.57% 11.12% (As5 - As1)/ As1 200% 20.27% 14.12% 18.77% 12.90% (As6 - As1)/ As1 250% 22.92% 15.69% 21.31% 14.31% (As7 - As1)/ As1 300% 25.09% 16.98% 23.37% 15.47% - 144 - Từ bảng 4.36 ta thấy lực cắt lớn Fz trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng lớn xe hai trục thiết kế + tải trọng nên ta nhận xét với trường hợp xe tải thiết kế + tải trọng Biểu đồ 4.38 Tỷ lệ lực cắt Fz max trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng 30% Tỷ lệ lực cắt F+z max 25% 20% 15% 10% 5% 0% Sơ đồ -5% Sơ đồ -10% -15% -20% -50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% Tỷ lệ tiết diện dây Nhận xét: Từ kết bảng 4.36 biểu đồ 4.38, ta nhận thấy thay đổi tiết diện dây văng từ As0 đến As7 ứng với tỷ lệ từ -50% đến 300% sơ đồ cầu thay đổi lực cắt lớn Fz trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng sau: ™ Sơ đồ 1: Khi tiết diện dây văng lớn lực cắt lớn Fz trụ tháp lớn với giá trị từ Fz= 1,251.54 kN (tiết diện As0) đến giá trị Fz= 1,789.24 kN (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 lực cắt lớn Fz trụ tháp giảm tương đối nhanh (-12.50%) so với tăng tiết diện dây văng từ As1 đến As7 Tỷ lệ thay đổi từ -12.50% → 25.09% - 145 - ™ Sơ đồ 2: Khi tiết diện dây văng lớn lực cắt lớn Fz trụ tháp lớn với giá trị từ Fz= 1,392.97 kN (tiết diện As0) đến giá trị Fz= 1,833.81 kN (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 lực cắt lớn Fz trụ tháp giảm tương đối nhanh (-11.14%) so với tăng tiết diện dây văng từ As1 đến As7 Tỷ lệ thay đổi từ -11.14% → 16.98% 4.6.3.2.6 Lực dọc lớn trụ tháp Fx: Dưới tác dụng tải trọng HL-93 trụ tháp sơ đồ cầu không xuất lực nén F-x mà xuất lực kéo F+x Kết lực kéo lớn F+x trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng xe trục thiết kế + tải trọng ứng với giá trị tiết diện dây văng từ As0 đến As7 hai sơ đồ cầu trình bày bảng 4.37 sau: Bảng 4.37 Lực kéo F+x max trụ tháp Tiết diện dây văng Asi Lực kéo F+x max (kN) Xe tải TK+Tải trọng Xe trục TK+Tải trọng SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ As0 0.00503 5,149.56 5,394.14 4,909.95 5,138.60 As1 0.01005 5,496.73 5,653.86 5,233.40 5,377.97 As2 0.01508 5,642.19 5,759.38 5,367.12 5,473.70 0.0201 5,722.94 5,816.74 5,440.58 5,524.93 As4 0.02513 5,774.22 5,852.42 5,486.81 5,556.45 As5 0.03015 5,809.53 5,876.32 5,518.26 5,577.39 As6 0.03518 5,835.11 5,893.22 5,540.92 5,591.90 0.0402 5,854.21 5,905.54 5,557.80 5,602.25 As3 As7 Tỷ lệ trường hợp (As0 - As1)/ As1 -50% -6.32% -4.59% -6.18% -4.45% (As1 - As1)/ As1 0% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% (As2 - As1)/ As1 50% 2.65% 1.87% 2.56% 1.78% (As3 - As1)/ As1 100% 4.12% 2.88% 3.96% 2.73% (As4 - As1)/ As1 150% 5.05% 3.51% 4.84% 3.32% - 146 - (As5 - As1)/ As1 200% 5.69% 3.93% 5.44% 3.71% (As6 - As1)/ As1 250% 6.16% 4.23% 5.88% 3.98% (As7 - As1)/ As1 300% 6.50% 4.45% 6.20% 4.17% Từ bảng 4.37 ta thấy lực kéo lớn F+x trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng lớn xe hai trục thiết kế + tải trọng nên ta nhận xét với trường hợp xe tải thiết kế + tải trọng Biểu đồ 4.39 Tỷ lệ lực kéo F+x max trụ tháp xe tải thiết kế+tải trọng 10% Tỷ lệ Lực dọc F+x max 8% 6% 4% 2% 0% -2% Sơ đồ -4% Sơ đồ -6% -8% -10% -50% 0% 50% 100% 150% 200% Tỷ lệ tiế t diện dây 250% 300% Nhận xét: Từ kết bảng 4.37 biểu đồ 4.39, ta nhận thấy thay đổi tiết diện dây văng từ As0 đến As7 ứng với tỷ lệ từ -50% đến 300% sơ đồ cầu thay đổi lực kéo lớn F+x trụ tháp xe tải thiết kế + tải trọng sau: ™ Sơ đồ 1: Khi tiết diện dây văng lớn lực kéo lớn F+x trụ tháp lớn với giá trị từ F+x= 5,149.56 kN (tiết diện As0) đến giá trị F+x= 5,854.21 kN (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 lực kéo lớn F+x trụ tháp giảm - 147 - tương đối nhanh (-6.32%) so với tăng tiết diện dây văng từ As1 đến As7 Tỷ lệ thay đổi từ -6.32% → 6.50% ™ Sơ đồ 2: Khi tiết diện dây văng lớn lực kéo lớn F+x trụ tháp lớn với giá trị từ F+x= 5,394.14 kN (tiết diện As0) đến giá trị F+x= 5,905.54 kN (tiết diện As7) Khi giảm tiết diện dây văng từ As1 đến As0 lực kéo lớn F+x trụ tháp giảm tương đối nhanh (-4.59%) so với tăng tiết diện dây văng từ As1 đến As7 Tỷ lệ thay đổi từ -4.59% → 4.45% - 148 - CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN: Luận văn nghiên cứu cầu treo dây văng ba nhịp, hai mặt phẳng dây, sơ đồ dây hình rẽ quạt, sơ đồ bố trí nhịp L = 150m + 350m + 150m = 650m Sau phân tích tính toán mô hình tiết diện dây văng thay đổi từ As0 đến As7 với sơ đồ dây văng có tiết diện khác sơ đồ dây văng có tiết diện giống nhau, kết nghiên cứu luận văn cho thấy tiết diện dây văng có ảnh hưởng đến phân bố nội lực phận kết cấu cầu (dây văng, dầm chủ, trụ tháp) sau: 5.1.1 Sơ đồ (các dây văng có tiết diện khác nhau): ¾ Khi tăng tiết diện dây văng tác dụng tónh tải + lực căng trước dây văng hầu hết nội lực phận kết cấu cầu tăng Riêng trường hợp mômen uốn âm lớn M-y dầm chủ vị trí trụ tháp, lực cắt lớn Fz dầm chủ vị trí trụ tháp, mômen uốn dương lớn M+y trụ tháp, mômen xoắn dương lớn M+x trụ tháp giảm Đặc biệt giảm mạnh mômen uốn dương lớn M+y trụ tháp, mômen xoắn dương lớn M+x trụ tháp ¾ Khi tăng tiết diện dây văng tác dụng hoạt tải HL-93 hầu hết nội lực dầm chủ, mômen xoắn dương lớn M+x trụ tháp giảm Riêng trường hợp lực kéo lớn dây văng, mômen uốn dương lớn M+z trụ tháp, lực cắt lớn Fy trụ tháp, lực cắt Fz lớn trụ tháp, lực kéo lớn F+x trụ tháp tăng - 149 - 5.1.2 Sơ đồ (các dây văng có tiết diện giống nhau): ¾ Khi tăng tiết diện dây văng tác dụng tónh tải + lực căng trước dây văng hầu hết nội lực phận kết cấu cầu tăng Riêng trường hợp mômen uốn âm lớn M-y dầm chủ vị trí trụ tháp, lực cắt lớn Fz dầm chủ vị trí nhịp biên, lực cắt lớn Fz dầm chủ vị trí trụ tháp giảm ¾ Khi tăng tiết diện dây văng tác dụng hoạt tải HL-93 hầu hết nội lực dầm chủ, mômen xoắn dương lớn M+x trụ tháp giảm Riêng trường hợp lực kéo lớn dây văng, mômen uốn dương lớn M+z trụ tháp, lực cắt lớn Fy trụ tháp, lực cắt Fz lớn trụ tháp, lực kéo lớn F+x trụ tháp tăng 5.2 KIẾN NGHỊ: Qua kết nghiên cứu, luận văn nêu số kiến nghị việc lựa chọn tiết diện dây văng tính toán cầu treo dây văng: ¾ Khi chọn tiết diện dây văng cần chọn dây văng có tiết diện vừa đủ khả chịu lực Không cần thiết chọn dây văng có tiết diện lớn, tiết diện dây văng lớn có lợi cho mômen M-y, lực cắt Fz dầm chủ vị trí trụ tháp bất lợi vị trí khác dầm chủ kết cấu khác ¾ Khi muốn mômen uốn âm lớn M-y, lực cắt lớn Fz dầm chủ vị trí trụ tháp giảm nên tăng tiết diện dây văng ¾ Khi muốn mômen uốn dương lớn M+y trụ tháp, mômen xoắn dương lớn M+x trụ tháp giảm nên áp dụng sơ đồ (các dây văng có tiết diện khác nhau) kết hợp tăng tiết diện dây văng - 150 - ¾ Khi muốn lực cắt lớn Fz dầm chủ nhịp biên giảm nên áp dụng sơ đồ (các dây văng có tiết diện giống nhau) kết hợp tăng tiết diện dây văng ¾ Khi muốn tăng khả khai thác cầu xem xét giải pháp tăng tiết diện dây văng Xuất phát từ ý định ban đầu tác giả nghiên cứu ảnh hưởng tiết diện dây văng để tìm tiết diện dây văng tối ưu Nhưng triển khai phân tích tính toán kết nhận lại không đạt tiết diện dây văng tối ưu Bởi tăng tiết diện dây văng hầu hết nội lực phận kết cấu cầu tăng theo mà không đạt cực trị tiết diện Asi Do kết nghiên cứu tác giả đạt không tốt ý định ban đầu tìm tiết diện dây văng tối ưu Ngoài kết nghiên cứu nêu trên, nhằm hoàn thiện nghiên cứu làm rõ chất phân bố lực kết cấu cầu treo dây văng cần xem xét phát triển số hướng nghiên cứu sau đây: ¾ Xét thêm số trường hợp tải trọng khác co ngót, từ biến, nhiệt độ, tải trọng gió, động đất tổ hợp tải trọng khai thác ¾ Xem xét kiểm toán tiết diện cấu kiện cầu treo dây văng để xác định tiết diện dây văng tối ưu ¾ Nghiên cứu ảnh hưỏng tiết diện dây văng đến dao động ổn định cầu treo dây văng ¾ Phân tích tính kinh tế lựa chọn tiết diện dây văng cầu treo dây văng ¾ Nghiên cứu ảnh hưởng tiết diện dây văng cầu treo dây văng nhịp, nhịp…… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 [2] Lê Đình Tâm, Phạm Duy Hòa, Cầu dây văng, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000 [3] PGS.TS Nguyễn Viết Trung, TS Hoàng Hà, TS Nguyễn Ngọc Long, Cầu bê tông cốt thép (tập II), 2003 [4] M.S Troitsky, DSc, Cable stayed bridges – Theory and Design [5] Reneù Walther, Bernard Houriet, Walmar Isler, Pierre Moia, Cable stayed bridges, 1985 [6] Walter Podolny, JR., Ph.D vaø John B Scalzi, Sc.D., Construction and design of cable stayed bridges, 1976 [7] Man-Chung Tang, TY.Lin International, Bridge engineer handbook, 2000 [8] GS.TS Lều Thọ Trình, Cách tính hệ treo theo sơ đồ biến dạng, NXB Khoa học kỹ thuật, 1985 [9] TS Phùng Mạnh Tiến, Hướng dẫn phân tích, tính toán cầu treo dây văng phần mềm Midas, Bài giảng chương trình cao học [10] Lê Đình Hồng, Phương pháp số nâng cao, Bài giảng chương trình cao học [11] Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Bùi Công Độ, Nguyễn Trọng Nghóa, Mô hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil (Tập 1), Nhà xuất xây dựng Hà Nội 2005 [12] Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Bùi Công Độ, Nguyễn Việt Anh, Mô hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil (Tập 2), Nhà xuất xây dựng Hà Nội 2007 [13] GS.TS Nguyễn Viết Trung, Ths Nguyễn Hữu Hưng, Phân tích kết cấu cầu dây văng theo giai đoạn chương trình Midas 2006, Nhà xuất xây dựng Hà Nội 2008 [14] Internet, http://eng.midasuser.com TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC I TÓM TẮT: - Họ tên: Ngô Công Dưỡng - Phái: Nam - Sinh ngày : 11/02/1981 - Nơi sinh : Thành phố Đà Nẵng II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC: - Nhà thuê: 50 Lê Lai, Phường 12, Quận Tân Bình, Tp.HCM - Điện thoại: 0914104443 - Cơ quan: Công Ty Cổ Phần Phát Triển Hạ Tầng Sài Gòn 23A Ngô Thời Nhiệm, Phường 6, Quận 3, TPHCM Điện thoại: (08) 39305443 III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Năm 1999-2004: Sinh viên trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh - Năm tốt nghiệp: năm 2004 - Hệ: Chính quy - Trường: Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh - Chuyên ngành: Xây dựng Cầu Đường - Năm 2006: Trúng tuyển cao học Niên Khóa 2006-2008 - Mã số học viên: 03806713 IV QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: - Từ đầu năm 2004 đến tháng 08 năm 2004: công tác Cty TNHH Tư Vấn Xây Dựng Sông Trà - Từ tháng 09 năm 2004 đến tháng 02 năm 2005: công tác Cty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Xây Dựng Liên Á - Từ tháng 02 năm 2005 đến tháng 06 năm 2006: công tác Cty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Xây Dựng TDN - Từ tháng 06 năm 2006 đến nay: công tác Cty Cổ Phần Phát Triển Hạ Tầng Sài Goøn ... 12 13 14 15 16 Soá tao 32 31 29 28 27 26 24 23 Dây số 17 18 19 20 21 22 23 24 Soá tao 22 23 23 24 26 27 29 31 Dây số 25 26 27 28 29 30 31 32 Soá tao 31 34 36 39 40 42 46 60 - 40 - 2. 8.4 Chi tiết. .. 27 27 28 30 33 35 37 38 40 Dây số 110 111 1 12 1 13 114 115 116 117 118 Soá tao 41 42 44 45 47 51 62 68 80 Dây số 20 1 20 2 2 03 20 4 20 5 20 6 20 7 20 8 20 9 Soá tao 26 26 26 29 30 33 35 37 39 Dây số 21 0... vi nghiên cứu đề tài, ảnh hưởng nêu bỏ qua Tiến hành ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng tiết diện dây văng đến phân bố nội lực cầu treo dây văng nhịp mặt phẳng dây? ?? nhằm hiểu rõ ảnh hưởng tiết diện dây văng