Đồ án tốt nghiệp thiết kế thi công cầu EXTRADOSED

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU - ĐƯỜNG BỘ MÔN CẦU - HẦM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài THIẾT KẾ & THI CÔNG CẦU EXTRADOSED Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Lớp : MSSV : Thời gian thực : Email : ❚❙✳ P❍❸▼ ❉❯❨ ❍➪❆ ❚❘❺◆ ❱■➏❚ ❍Ò◆● 46CD1 2362.46 10/10/2005 - 27/01/2006 tviethung@gmail.com Mục lục TỔNG QUAN VỀ CẦU EXTRADOSE 1.1 Mở đầu 1.2 Đặc điểm kết cấu cầu Extradose 1.3 Lịch sử phát triển cầu Extradose 1.4 Ưu điểm kết cấu cầu Extradose 1.5 Đặc điểm thiết kế cáp cầu Extradose 1.5.1 Ứng suất cho phép 1.5.2 Chùng ứng suất cáp 1.5.3 Điều chỉnh lực căng trình thi cơng 1.5.4 Bố trí neo đỉnh tháp 1.5.5 Bảo vệ chống gỉ cáp cầu Extradose 1.5.6 Hiện tượng rung cáp mưa 1.5.7 Hiện tượng rung cáp gió xốy quẩn 1.5.8 Hiện tượng bó cáp chao đảo theo đường elip 1.6 Các sơ đồ hình thái cầu Extradose 1.6.1 Mở đầu 1.6.2 Sơ đồ bố trí nhịp cầu Extradose 1.6.3 Sơ đồ phân bố cáp văng 1.6.4 Số mặt phẳng dây dạng cột tháp 1.7 Cấu tạo phận cầu Extradose 1.7.1 Cấu tạo dầm chủ 1.7.2 Cấu tạo cột tháp 1.7.3 Cấu tạo cáp văng hệ neo 1.7.4 Liên kết cáp văng với dầm chủ cột tháp CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ TRÌNH TỰ THI CƠNG CẦU EXTRADOSE 2.1 Thi công dầm chủ 2.1.1 Thi công đúc hẫng 2.1.2 Thi công lắp hẫng 2.1.3 Thi công đúc đẩy 2.2 Thi công cột tháp 2.2.1 Công tác ván khuôn 2.2.2 Công tác đổ bêtông 2.2.3 Lắp đặt kết cấu yên ngựa 2.3 Lắp đặt cáp văng 2.4 Công tác quản lý giám sát thi công Tài liệu tham khảo 1 2 13 14 14 14 14 14 15 15 15 15 16 16 16 19 22 24 24 26 27 28 31 31 31 32 33 33 33 34 34 34 34 36 i Danh sách bảng 1.1 1.2 So sánh thông số ba loại kết cấu cầu Một số cầu Extradose xây dựng giới 2.1 Phương pháp đo đạc kiểm tra cấu kiện trình thi công 35 ii Danh sách hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 1.25 1.26 1.27 Cầu Extradose qua sông Daugava - Riga, Latvia (sơ đồ /2 cầu) Cầu Ayumi - Cáp cường độ cao bố trí bên bên dầm chủ Cầu Ganter -Thụy Sỹ Cầu Odawara Blueway-Nhật Bản Cầu Yashiro-Nhật Bản Cầu Tsukuhara-Nhật Bản Cầu Mactan-Philipine Cầu Pakse-Lào Cầu Tân Trân Châu Cảng-Mỹ Cầu Ibigawa-Nhật Bản Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Kisogawa cầu Ibigawa-Nhật Bản Cầu Palau-Cộng hòa Palau Cầu Himi-Nhật Bản Cầu Rittoh-Nhật Bản Thi công lắp hẫng cân cầu Kisogawa-Nhật Bản So sánh Cầu dầm liên tục - Cầu Extradose - Cầu dây văng Sơ đồ kết cấu cầu hai nhịp cân - Cầu Miyakodagawa Sơ đồ kết cấu cầu hai nhịp không cân - Cầu Santanigawa Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Odawara - Nhật Bản Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Palau - Cộng hòa Palau Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Pakse - Lào Sơ đồ bố trí hệ nhiều nhịp - Cầu Kisogawa Sơ đồ bố trí hệ nhiều nhịp - Cầu Ibigawa Cầu Rittoh - Hướng Tokyo Cầu Rittoh - Hướng Osaka Cầu Extradose dây - khoang lớn Khoảng cách neo cáp văng dầm chủ - cầu Pakse 4 7 8 9 10 10 11 12 13 17 18 19 19 20 20 20 21 21 22 22 2.1 Khoảng cách neo cáp văng dầm chủ - cầu Pakse 35 iii Chương TỔNG QUAN VỀ CẦU EXTRADOSE 1.1 MỞ ĐẦU Trong năm qua, lãnh đạo Đảng nhà nước, kinh tế nước ta đà phát triển tốt đẹp Cùng với đó, việc phát triển tồn diện kinh tế đòi hỏi phải đẩy nhanh tốc độ phát triển sở hạ tầng mà cơng trình giao thơng vận tải chiếm tỷ lệ lớn Đi đôi với tăng trưởng kinh tế số lượng phương tiện giao thông vận tải tăng lên nhanh chóng Do vậy, hệ thống giao thơng chưa đáp ứng được, cần nâng cấp sửa chữa xây dựng tuyến đường, cầu, nút giao thông Cùng với phát triển khoa học công nghệ, lĩnh vực xây dựng cầu khoảng 15-20 năm trở lại có bước phát triển quan trọng Từ việc ứng dụng thành công loại vật liệu nhẹ có khả chịu lực cao, đến việc lựa chọn kết cấu cầu vượt độ lớn, tính thẩm mỹ cao Các dạng cầu chứa đựng nhiều ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật phải kể đến cầu bêtông cốt thép có bó cáp ứng suất trước, cầu dây văng, gần cầu Extradose Hình 1.1: Cầu Extradose qua sông Daugava - Riga, Latvia (sơ đồ /2 cầu) Cầu Extradose Jacques Mathivat người Pháp, nguyên kỹ sư trưởng, giám đốc nghiên cứu SETRA đề xuất năm 1988 Tuy nhiên cầu Extradose giới lại xây dựng Nhật Bản vào năm 1995 Hiện nay, hàng loạt cầu Extradose lớn nhỏ xây dựng Châu Âu, Châu Á Châu Mỹ 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU CẦU EXTRADOSE 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU CẦU EXTRADOSE Cầu Extradoselà kết cấu kết hợp kết cấu cầu dầm bêtông cốt thép ứng suất trước kết cấu cầu dây văng (CDV) Ở dạng cầu này, cáp ứng suất trước đặt bên dầm cứng, đầu liên kết với dầm cứng, đầu liên kết với tháp neo dây Tuy nhiên, tháp neo dây cầu Extradose không cao tháp cầu dây văng Cầu cấu tạo gồm ba phần chính: hệ dầm cứng, hệ dây treo, tháp neo dây (Hình 1.1) i ❍➺ ❞➛♠ ❝ù♥❣ có kết cấu giống cầu dầm cứng nhịp liên tục cấu tạo từ kết cấu bêtông cốt thép, kết cấu thép, hay kết cấu bêtơng thép liên hợp Chiều cao dầm giảm xuống so với chiều cao dầm cầu dầm cứng có độ ii ❍➺ ❞➙② tr❡♦ giống hệ dây treo cầu dây văng, bao gồm dây treo hệ neo cáp Các dây treo coi bó cáp cường độ cao (CĐC) có độ lệch tâm lớn sử dụng cầu dầm cứng tạo ứng suất trước cơng nghệ dự ứng lực ngồi Các dây treo liên kết cứng với cột tháp luồn qua kết cấu yên ngựa đặt đỉnh cột tháp liên kết với dầm chủ hệ neo cáp tạo thành gối đàn hồi Hệ neo cáp sử dụng hệ neo cho bó cáp CĐC thơng thường iii ❚❤→♣ ♥❡♦ ❞➙② cấu tạo bêtông cốt thép bêtông cốt thép liên hợp có chiều cao thấp so với chiều cao trụ tháp cầu dây văng Đối với cầu Extradose, chiều cao tháp neo dây thấp nên tháp neo dây không thiết liên kết cứng với trụ cầu Tháp neo dây liên kết cứng với trụ cầu tạo thành khung cứng, liên kết cứng với dầm cứng đặt lên trụ Hạng mục so sánh Chiều dài nhịp L(m) Chiều cao dầm trụ H(m) Chiều cao tháp h(m) Cầu dầm L200m H=1-3.5m h = L5 Bảng 1.1: So sánh thông số ba loại kết cấu cầu 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE Năm 1988, giáo sư Jacques Mathivat người Pháp phát minh ý tưởng cho loại kết cấu sở cơng nghệ dự ứng lực ngồi, cáp CĐC1 đưa lên bề mặt tiết diện tạo độ lệch tâm lớn Sau này, bó cáp CĐC liên kết với cột tháp có chiều cao thấp đặt trụ làm việc với hệ dầm cứng tác dụng hoạt tải Cầu Extradose kết cấu trung gian cầu dầm cứng cầu dây văng vì: ❱➲ ❦➳t ❝➜✉: Cầu Extradose dạng kết cấu kết hợp kết cấu cầu dầm cứng2 cầu dây văng3 hệ dầm cứng làm việc uốn nén xoắn, cáp văng làm việc cáp cường độ cao girder bridge cable-stayed bridge 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE chịu kéo Các cáp văng neo vào cột tháp đặt trụ liên kết với hệ dầm cứng số điểm dọc theo chiều dài dầm chia hệ dầm cứng thành nhiều khoang nhỏ Với cấu tạo vậy, hệ dầm cứng coi kê lên gối cứng mố, trụ, gối đàn hồi điểm neo cáp văng dầm cứng ❱➲ ❦❤➞✉ ✤ë ❝õ❛ ❝➛✉ : Cầu BTCT DƯL nhịp liên tục có độ vừa nhỏ từ 40-150m Cầu Extradose loại cầu có độ vừa lớn thích hợp từ 90-200m, đó, cầu dây văng loại có độ lớn 200m Do đó, cầu Extradose loại cầu có độ nhịp nằm cầu dầm cứng cầu dây văng ❙ü ❧➔♠ ✈✐➺❝ ❝õ❛ ❝→❝ ❝➜✉ ❦✐➺♥ ❝❤➼♥❤ : Dưới tác dụng hoạt tải, gia tăng ứng suất cáp CĐC cầu dầm cứng nhỏ Do thiết kế, cường độ chịu kéo cho phép cáp CĐC lấy 0.6 cường độ chịu kéo giới hạn cáp CĐC Mặt khác, cầu dây văng gia tăng ứng suất dây văng lớn, phần lớn tải trọng dây văng chịu Do vậy, thiết kế, cường độ chịu kéo cho phép dây văng lấy 0.4 cường độ chịu kéo giới hạn cáp CĐC Với ý tưởng vừa sử dụng tối ưu khả chịu kéo cáp CĐC, vừa tăng độ cầu, cường độ chịu kéo cho phép cáp văng lấy 0.4-0.6 cường độ chịu kéo giới hạn cáp CĐC, cáp văng làm việc với hệ dầm cứng có hoạt tải tác dụng Cầu Extradose phân phối tải trọng vào cáp hệ dầm cứng cân ❱➲ ❤➻♥❤ ❞→♥❣ ❝õ❛ ❝➛✉ : Cầu Extradose trơng giống cầu dây văng có cột tháp thấp làm việc kết cấu lại có ứng xử gần với cầu dầm cứng Hình 1.2: Cầu Ayumi - Cáp cường độ cao bố trí bên bên dầm chủ Hình 1.2 cầu Ayumi Nhật Bản với sơ đồ bố trí nhịp (16.6+79.5+41+41m) Chiếc cầu chuyên gia Nhật Bản thiết kế xây dựng dựa ý tưởng giáo sư Jacques Mathivat công nghệ dự ứng lực ngồi Trong cáp CĐC bố trí bên ngồi phạm vi chiều cao tiết diện tạo độ lệch tâm lớn so với trục chung hịa Đối với nhịp dài 79.5m, cáp CĐC khơng bố trí bên mà cịn đưa lên khỏi mặt cầu, liên kết với cột tháp có chiều cao 22.1m, neo vào mố cầu Chiếc cầu Extradose sơ khai cầu Ganter Thụy Sỹ (Hình ??), xây dựng sở kết hợp kết cấu dầm cứng với hệ dây treo Cầu Ganter thiết kế Christian 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE Hình 1.3: Cầu Ganter -Thụy Sỹ Menn xây dựng hoàn thành năm 1980 Tuy nhiên, có ý nghĩa mặt kiến trúc khơng có nhiều cải tiến mặt kỹ thuật Năm 1988, J Mathivat đưa khái niệm cầu Extradose, kiến trúc sư Charles Lavigne ứng dụng để thiết kế cầu Arrêt Darré vùng Tây Nam nước Pháp Khái niệm bao gồm thiết kế cột tháp thấp, liên kết cứng với kết cấu bên trên, dầm hộp bêtông cốt thép dự ứng lực có chiều cao khơng đổi cho độ nhịp 100m Các cáp văng luồn qua kết cấu yên ngựa làm việc bó cáp CĐC sử dụng cơng nghệ dự ứng lực ngồi Các cáp văng chủ yếu làm việc thông qua lực căng ban đầu tạo tác động nâng dầm hộp để giảm trọng lượng hữu hiệu dầm cứng, tạo lực nén vào dầm bó cáp CĐC thơng thường Kiểu thiết kế hấp dẫn nhiều chuyên gia cầu, đặc biệt chuyên gia Nhật Bản Ở Nhật, cầu Extradose phát triển nhanh chóng, Nhật Bản nước có đóng góp to lớn công nghệ xây dựng cầu Extradose Chỉ vòng chục năm trở lại đây, riêng Nhật xây dựng gần 30 cầu Extradose đủ chủng loại kết cấu nhịp, đa dạng sơ đồ bố trí nhịp cáp văng Bảng 1.2 thống kê số cầu Extradose xây dựng Nhật Bản giới Không thế, chuyên gia kỹ sư cầu Nhật Bản tiến hành hàng loạt dự án xây dựng cầu Extradose nước ngồi cầu Palau Cộng hịa Palau, cầu Pakse Lào, cầu Mactan Philipine Hình 1.4: Cầu Odawara Blueway-Nhật Bản 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE Chiếc cầu Extradose hoàn hảo giới cầu Odawara Blueway Nhật Bản hồn thành vào năm 1994 (Hình ??) Cầu gồm ba nhịp với sơ đồ bố trí nhịp cân (74+122+74m) Cầu có tiết diện mặt cắt hình hộp kép hai ngăn với chiều cao thay đổi từ 1 3.5m (ở trụ) đến 2.2m (ở nhịp), tương ứng với ( 35 − 55 )L, L chiều dài nhịp Cột tháp bêtơng cốt thép cao 10.7m tính từ mặt cầu liên kết cứng với L Hệ dầm chủ liên kết cứng trụ cầu Chiều cao cột tháp thiết kế xấp xỉ 12 với trụ cầu giống dạng cầu khung, làm tăng thêm độ cứng toàn cầu giảm biến thiên ứng suất cáp văng hoạt tải gây Cầu bố trí hai mặt phẳng dây, mặt phẳng dây gồm cáp văng phía dầm hộp, luồn qua kết cấu yên ngựa đặt đỉnh trụ liên kết với hệ dầm chủ Sơ đồ bố trí cáp văng theo hình rẻ quạt với khoảng cách dây 3.75m Đây cầu BTCT DƯL Nhật Bản sử dụng kết cấu n ngựa, cơng tác thi cơng lắp đặt căng kéo cáp văng dễ dàng Cầu xây dựng phương pháp lắp hẫng cân Sự thay đổi ứng suất hoạt tải giảm rõ rệt /4 biến thiên ứng suất CDV Do vậy, cường độ chịu kéo thiết kế cho phép cáp văng lấy 0.6 cường độ giới hạn cáp CĐC giống thiết kế cầu BTCT DƯL thông thường Sau cầu Odawara hoàn thành, loạt cầu Extradose khác xây dựng Cầu Yashiro North cầu Yashiro South hồn thành vào năm 1995 (Hình 1.5) Dầm chủ hai cầu nằy BTCT DƯL có chiều cao khơng đổi 2.5m Chiều cao cột tháp hai cầu 10m 12m tương ứng với độ nhịp 90 105m Cầu tạo ứng suất trước cơng nghệ dự ứng lực ngồi Điểm đặc biệt cầu sử dụng cho đường tài cao tốc (Shinkansen) Nhật Bản, độ võng cầu kiểm tra nghiêm ngặt Hình 1.5: Cầu Yashiro-Nhật Bản Trong năm 1998m liên tiếp nhiều cầu Extradose xây dựng hoàn thành Nhật Bản với độ trung bình từ 100-150m Đặc biệt có cầu Tsukuhara với độ nhịp 180m cột tháp có hình chữ V với chiều cao 16m (Hình 1.6) Tại thời điểm đó, cầu Tsukuhara đạt kỷ lục độ loại cầu Extradose, theo quan điểm giáo sư Michael Virlogeux người Pháp độ tối ưu cầu có kết cấu kiểu Một điểm đặc biệt cầu Extradose sơ đồ bố trí nhịp Cũng tương tự CDV, cầu Extradose thơng thường có ba nhịp cân bằng, nhịp có chiều dài lớn hai nhịp biên có chiều dài nhỏ Hầu hết cầu Extradose xây dựng thời gian có kiểu bố trí sơ đồ ba nhịp, lý sơ đồ hợp lý có kiến trúc hài hịa với cảnh quan xung quanh 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE Bảng 1.2: Một số cầu Extradose xây dựng giới Số TT Tên cầu Sơ đồ bố trí nhịp 10 11 12 13 Odawara Yashiro South Yashiro North Mauvievue Tsukuhara Shin-Karato West Shin-Karato East Shyoyo Sunniberg Mactan Santanigawa Shikari Pakse 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Kisogawa Ibigawa Palau Miyakodagawa Himi Hozu Matakina Sashiki Fukaura Surikami Rittoh to Tokyo Rittoh to Osaka Shin-Meisei Shikawa Yukisawa Ohashi 73.1+122+73.1 65+2×105+65 55+90+55 52.5+48.5 65.4+180.76.4 74.1+140+69.1 66.1+120+72.1 99.3+180+99.3 59+128+140+134+65 111.5+185+111.5 57.9+92.9 94+3×140+94 70+9×102+123+143 +91.5+34.5 160+3×275+160 154+4×271.5+157 82+247+82 133+133 91.75+180+91.75 33+50+76+100+76+31 109.3+89.3 60.8+105+57.5 62.1+90+66+45+29.1 84.9+24.9 140+170+115+70 155+160+75+90+75 88.5+122.34+81.22 38.5+45+90+130+80.5 70.3+71+34.4 Chiều cao cột tháp (m) 10.7 12.0 10.0 5.9 16.0 12.0 12.2 22.1 14.8 18.2 12.8 10.0 14.3 Chiều cao dầm (m) 2.2-3.5 2.5 2.5 2.1 3.0-5.5 2.5-3.5 2.5-3.5 3.0-5.6 0.85 3.3-5.1 2.5-6.5 3.0-6.0 3.0-6.5 Chiều rộng mặt cầu(m) 9.5-16.43 12.8 12.8 8.8+2.3 9.25 8.7-15.4 8.7-15.4 9.5+2×3.0 9.2 2×(7.5+1.5) 2×8.5 19.5 11.8-14.6 Năm hồn thành 11/1994 10/1995 10/1995 6/1996 5/1998 3/1998 3/1998 3/1998 12/1998 10/1999 2/1999 2000 8/2000 Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Pháp Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Thụy Sỹ Philipine Nhật Bản Nhật Bản Lào 30.0 30.0 27.0 20.0 19.8 10.0 26.4 12.0 9.1 16.5 31.0 31.5 16.5 13.0 11.5 4.0-7.0 4.0-7.0 4.0-7.0 4.0-6.5 4.0 2.8 3.5-6.0 2.1-3.2 2.5-3.0 2.8-5.0 4.5-7.5 4.5-7.5 3.5 2.4-4.0 2.0-3.5 28.0 28.0 11.6 16.5 12.95 7.5-2×3.5 6.5+1.5 9.3-12.7 10.8-11.8 7.0 19.63 19.63 18.6-22.6 25.0 17.8 2001 2001 12/2001 2001 6/2003 3/2001 2001 11/2000 2002 2001 Đang xây Đang xây Đang xây 2002 1/2001 Nhật Bản Nhật Bản Palau Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nhật Bản Nước Năm 1999, Philipine xây dựng cầu Extradose đầu tiên, cầu Mactan, chuyên gia kỹ sư Nhật Bản giúp đỡ (Hình) Cầu có sơ đồ bố trí nhịp cân (111.5+185+111.5)m với chiều rộng mặt cầu 18m Tiết diện mặt cắt hình hộp có chiều cao trụ 5.1m chiều cao nhịp 3.3m Cầu bố trí hai mặt phẳng dây hai bên sườn dầm, cáp vang neo vào cột tháp có chiều cao 18.2m Cột tháp liên kết cứng với trụ dầm chủ tạo thành khung ngàm cứng, cột tháp có độ cứng theo phương dọc cầu lớn, giảm biến thiên ứng suất cáp văng hoạt tải Hiện tại, cầu đạt kỷ lục chiều dài nhịp BTCT DƯL sử dụng cầu Extradose Đến năm 2000, cầu Extradose bắc qua sông Mêkông Lào xây dựng giúp đỡ chuyên gia Nhật Bản Đây cầu thứ ba bắc qua sông Mêkông cầu mang tên cầu Pakse hay cịn gọi cầu Hữu nghị Nhật-Lào (Hình 1.8) Cầu gồm 15 nhịp BTCT DƯL với chiều dài nhịp 143m, bao gồm bốn khung cầu cứng liên tục có ba nhịp cân cầu Extradose, khung cầu cứng liên kết lại với khớp nối nhịp Sơ đồ bố trí nhịp (70+9×102+123+143+91.5+34.5)m, đó, từ nhịp thứ 10 đến nhịp thứ 12 tăng cường 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE Hình 1.6: Cầu Tsukuhara-Nhật Bản Hình 1.7: Cầu Mactan-Philipine thêm hệ dây treo Kết cấu nhịp cầu cấu tạo kết cấu lắp ghép từ đốt có chiều dài 2.5m 3.5m Mặt cắt tiết diện hình hộp sườn đứng có chiều rộng mặt 11.5m 14.3m, chiều rộng đáy 6.5m Cột tháp có chiều cao 14.3m, chiều rộng đáy 6.5m Cột tháp có chiều cao 14.3m ngàm cứng với trụ cầu Trên đỉnh cột tháp phần neo cáp văng có khung cứng thép để dễ dàng lắp đặt kết cấu yên ngựa cho cáp văng luồn qua Để tăng cường độ cứng cột tháp, dầm ngang BTCT bố trí để liên kết hai cột tháp lại với Cầu bố trí hai mặt phẳng dây, mặt phẳng có cáp văng liên kết với dầm chủ với khoảng cách 3.5m Cầu thi công phương pháp lắp hẫng cân Các chuyên gia kỹ sư cầu Nhật Bản đóng góp to lớn cho cơng nghệ thi công cầu Extradose Những năm cuối kỷ 20, đầu kỷ 21, hàng loạt cơng trình cầu Extradose xây dựng khắp nơi đất nước Nhật Bản số nước Châu Á Các chuyên gia kỹ sư Nhật Bản phát triển công nghệ thi công cầu Extradose mà cịn nghiên cứu thiết kế, tính tốn tối ưu cho kết cấu dùng cầu Extradose Ngay nước có ngành xây dựng cầu phát triển Mỹ phải đến Nhật để tham quan, học hỏi kinh nghiệm xây dựng cầu Extradose Từ kinh nghiệm chuyên gia Nhật Bản, kỹ sư cầu Mỹ thiết kế xây dựng cầu Extradose hoàn chỉnh Mỹ, cầu Tân Trân Châu Cảng4 (Hình 1.9) Các cơng trình nghiên cứu chun gia Nhật Bản kết cấu cầu Extradose thể thông qua việc xây dựng hai cầu bắc qua cửa sông Kiso Ibi thành phố Nagoya, New Pearl Harbor Bridge 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE Hình 1.8: Cầu Pakse-Lào Hình 1.9: Cầu Tân Trân Châu Cảng-Mỹ Nhật Bản (Hình 1.10) Đây hai cơng trình lớn đặc biệt thuộc thể loại cầu Extradose Tính chất đặc biệt cầu bao gồm: • Đây cầu Extradose giới với phần kết cấu nhịp kết hợp kết cấu BTCT DƯL kết cấu thép5 với mục đích làm giảm trọng lượng tĩnh tải gia tăng độ nhịp Khẩu độ nhịp cầu Kisogawa Ibigawa tương ứng 275m 271.5m, cầu giữ kỷ lục độ dạng cầu Extradose • Chiều rộng mặt cầu 33m cho sáu xe, bố trí mặt phẳng dây đặt tim cầu Kiểu bố trí mảnh, hài hịa với cảnh quan xung quanh cửa sơng Nagoya • Cột tháp thiết kế có hình cánh buồm với chiều cao 30m tính từ mặt cầu (H = L) 9.2 • Sử dụng bêtơng cường độ cao 60M P a để chế tạo đốt dầm, đốt có chiều dài 5m, đốt trụ 400 tấn, gấp lần đốt dầm bêtông chế tạo trước Nhật • Đây cầu Nhật Bản sử dụng hệ thống camera ba chiều để đo đạc kích thước đốt dầm trước di chuyển khỏi bệ đúc trước di chuyển xà lan, thu prestressed concrete steel composite extradosed bridge or hyper bridge 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE Hình 1.10: Cầu Ibigawa-Nhật Bản thập số liệu phục vụ cho việc lắp ráp, điều chỉnh cho cong tác đổ bêtơng đốt • Sử dụng kết hợp hai công nghệ dự ứng lực dự ứng lực cho phần kết cấu bêtơng cốt thép Hình 1.11: Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Kisogawa cầu Ibigawa-Nhật Bản Hình 1.11 sơ đồ bố trí kết cấu nhịp cầu Kisogawa cầu Ibigawa Cầu Kisogawa gồm nhịp liên tục, độ nhịp 275m Phần nhip dầm thép dài 105m, phần cịn lại bêtơng cốt thép dự ứng lực Cầu Ibigawa có sáu nhịp liên tục, độ nhịp 271,5m Phần kết cấu thép cầu Ibgawa dài 95-100m Đối với hai cầu, kết cấu dầm bêtơng có tiết diện hình hộp kép ba ngăn, có chiều cao trụ 7m chiều cao nhịp 4m Liên kết kết cấu bêtông kết cấu thép thông qua đốt dầm trung gian Các đốt dầm bêtông chế tạo bờ gần khu vực thi cơng, sau vận chuyển xà lan vị trí lắp ráp đặt lên kết cấu nhịp phương pháp thi công lắp hẫng cân riêng phần kết cấu thép chế tạo xưởng thành khối, sau vận chuyển xà lan cà cẩu lắp lần lên kết cấu nhịp Do thời gian thi cơng hai cầu giảm đáng kể Kinh nghiệm xây dựng cầu Kisogawa Ibgawa chuyên gia Nhật Bản áp dụng cho dự án xây dựng cầu Palau Cộng hịa Palau (Hình 1.12) Đây cầu Extradose ba nhịp liên tục với sơ đồ bố trí nhịp (82+247+82)m hồn thành vào tháng 12/2001 Kết cấu nhịp cấu tạo dầm BTCT DƯL kết hợp với dầm thép 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE 10 Hình 1.12: Cầu Palau-Cộng hịa Palau dài 82m Dầm bêtơng, tiết diện hình hộp đơn, có chiều cao trụ 7m chiều cao nhịp 4m Chiều rộng mặt cầu 11.6m, bố trí hai mặt phẳng dây hai bên mép dầm, mặt phẳng dây bao gồm 12 cáp văng với số lượng tao cáp thay đổi từ 15φ15.2 đến 27φ15.2 Các cáp văng liên kết với cột tháp cao 27m tính từ mặt cầu Để tăng cường độ cứng cột tháp theo phương ngang cầu, hai cột tháp liên kết lại với thông qua dầm ngang BTCT đặt gần đỉnh cột tháp Do yêu cầu phải bảo vệ môi trường sinh thái biển, cột tháp xây dựng bờ Do chiều dài nhịp biên nhịp khác lớn, tạo cân nhịp biên nhịp Do giải pháp thi công đổ thêm khối bêtông đối trọng (19tf /m) lòng hộp cho đốt dầm nhịp biên kết hợp sử dụng dầm thép nhịp nhằm tạo cân nhịp biên nhịp Phương pháp thi công sử dụng phương pháp lắp hẫng cân Hình 1.13: Cầu Himi-Nhật Bản Đầu năm 90 kỷ trước, chuyên gia Nhật Bản nghiên cứu áp dụng dạng kết cấu cho xây dựng cầu Đó kết cấu dầm bêtơng cốt thép có sường thép lượn sóng6 Ưu điểm loại kết cấu tĩnh tải kết cấu nhịp giảm đáng kể, nên tăng độ nhịp Các thành tựu chuyên gia Nhật Bản đưa vào thiết kế xây dựng cầu Himi thành phố Nagasaki phía nam Nhật Bản vào cuối năm 2000 (Hình 1.13) Và cầu Himi trở thành cầu Extradose giới sử dụng dầm bêtông cốt thép có sườn thép lượn sóng Cầu gồm ba nhịp liên tục với sơ đồ bố trí nhịp (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 PC beams with folded steel web 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE 11 mặt cầu 9m bố trí hai mặt phẳng dây hai bên mép dầm Chiều cao cột tháp 19.8m tính từ mặt cầu Điểm đặc biệt cầu sử dụng tồn cáp dự ứng lực ngồi.Cầu thi cơng phương pháp lắp hẫng cân từ đốt dầm có chiều dài 6.4m Hình 1.14: Cầu Rittoh-Nhật Bản Tiếp theo cầu Himi, Cầu Rittoh thiết kế dầm bêtơng cốt thép có sườn thép lượn sóng (Hình 1.14) Cầu Rittoh tách thành hai cầu riêng biệt, đặt cách nhay 8m, cầu dành cho hướng Tokyo, cầu khác cho hướng Osaka Sơ đồ bố trí nhịp hai cầu sau: (137.6+170+115+67.6)m cho hướng Tokyo, (152.6+160+75+90+72.6)m cho hướng Osaka Trong hai cầu có hai nhịp đầu thiết kế cầu Extradose, phần lại cầu dầm cứng thơng thường có sườn thép lượng sóng Trụ cầu có chiều cao lớn khoảng 72m Mặt cầu rộng 19.3m bố trí hai mặt phẳng dây Tiết diện dầm hình hộp kép ba ngăn có chiều cao thay đổi từ 7.5m tiết diện trụ đến 4.5m tiết diện nhịp Điểm đặc biệt cầu Rittoh sử dụng vách ngăn thép vị trí neo cáp văng vào dầm cứng nhằm làm giảm trọng lượng việc lắp đặt vách ngăn đơn giản hiệu Các cáp văng neo vào đốt dầm nhằm giảm ứng suất cục sườn thép, bêtông phận liên kết gần khu vực neo dây Công tác thiết kế cầu Rittoh đặc biệt ý mặt kiến trúc nằm rừng tự nhiên tỉnh Shiga Do cầu thiết kế hài hòa với phong cảnh xung quanh gây ấn tượng cho người lái xe màu sắc độc đáo kiểu dáng kiến trúc theo ý tưởng "Cầu khơng gian"7 Tuy nhiên, bố trí hai cầu q gần nhau, nên nhìn từ xa cáp văng bị đan chéo vào gây cảm giác rối mắt Hiện tại, hai cầu trình xây dựng dự kiến đến đầu năm 2006 hồn thành Phương pháp thi cơng phổ biến cho cầu Extradose phần lớn phương pháp lắp hẫng cân Các đốt dầm lắp ráp từ trụ hai phía tạo cân thơng qua cột tháp (Hình 1.15) Ưu điểm phương pháp thời gian thi công nhanh, đốt dầm chế tạo Bridge in flight 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU EXTRADOSE 12 Hình 1.15: Thi công lắp hẫng cân cầu Kisogawa-Nhật Bản bãi đúc nên dễ dàng kiểm tra chất lượng chế tạo kích thước hình học tổng thể đốt dầm Ngoài phương pháp lắp hẫng cân bằng, số cầu thi công phương pháp đúc hẫng cân cầu Tsukuhara, cầu Rittoh, cầu Shikawa Tuy nhiên, phương pháp đúc hẫng lắp hẫng cân bằng, chuyên gia Nhật Bản sử dụng phương pháp thi công công nghệ đúc đẩy để thi cơng cầu Extradose Một ví dụ cho việc áp dụng phương pháp thi công xây dựng cầu Extradose cầu đường sắt tuyến đường Sasshyou Hokkaido hồn thành vào năm 1999 (Hình) Chiếc cầu gồm hai nhịp (51.4+58.4)m, chiều rộng mặt cầu 13.2m Cột tháp cao 9.9m, tiết diện dầm có chiều cao khơng đổi 2.6m Đây cầu Extradose giới thi công phương pháp đúc đẩy Giải pháp thi công phương pháp đúc đẩy lựa chọn lý sau: • Cầu phải vượt qua hệ thống đường quốc lộ đường dành cho xe mơtơ, khoảng tĩnh khơng nhỏ, khơng đủ cho việc thi cơng hẫng • Chiều dài nhịp trung bình, khoảng 50-60m thích hợp với công nghệ đúc đẩy Tuy nhiên việc thi công phương pháp đúc đẩy có nhiều bất lợi, cần nhiều trụ tạm cáp CĐC phục trợ cho q trình thi cơng Do vậy, ngồi cơng trình kể chưa thấy thêm cơng trình cầu Extradose xây dựng phương pháp đúc đẩy Hình cầu đường sắt Hokkaido trình thi công đẩy dầm chuẩn bị vượt qua đường quốc lộ Tóm lại, cầu Extradose dạng đặc biệt cầu bêtông cốt thép tạo ứng suất trước cơng nghệ dự ứng lực ngồi Các bó cáp CĐC đưa lên khỏi bề mặt dầm cứng liên kết với cột tháp có chiều cao thấp đặt trụ Nhìn hình dáng bên ngồi, cầu Extradose giống CDV có cột tháp thấp chất kết cấu lại ứng xử gần với cầu dầm cứng CDV Điểm quan trọng cầu Extradose hệ dầm cứng hệ dây treo làm việc tác dụng hoạt tải, có phân phối nội lực đồng hệ dầm cứng hệ dây treo Kết tận dụng khả làm việc vật liệu Ngoài ra, cầu Extradose cịn có tính đa dạng mặt kết cấu nhịp kết cấu BTCT DƯL thơng thường sử dụng dự ứng lực trong, dự ứng lực ngồi, hay kết hợp hai loại cơng nghệ tạo dự ứng lực Mặt cắt tiết diện thay đổi hay không thay đổi tùy theo độ nhịp Kết cấu nhịp BTCT DƯL hay kết hợp kết cầu bêtông kết cấu thép8 Sườn dầm bêtơng hay thép lượn sóng Với ưu điểm bật với hấp dẫn mặt kết cấu, độ, kiểu dáng kiến trúc giá thành xây dựng hợp lý, chắn cầu Extradose hướng phát triển nhiều triển vọng ngành xây dựng cầu giới nói chung VN nói riêng hybrid structures 1.4 ƯU ĐIỂM CỦA KẾT CẤU CẦU EXTRADOSE 1.4 13 ƯU ĐIỂM CỦA KẾT CẤU CẦU EXTRADOSE Cầu Extradose dạng kết cấu kết hợp kết cấu cầu dầm cứng cầu dây văng, vậy, phát huy ưu điểm hai loại cầu 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 mặt cầu, tĩnh tải dầm bêtông, hoạt tải) truyền qua dây văng, lên đỉnh tháp truyền qua tháp xuống móng Trong cầu Extradose, dầm cứng cáp văng chịu tải trọng Một phần tải trọng truyền qua dầm vào tháp cầu, phần lại truyền qua cáp văng, lên đỉnh tháp truyền qua tháp xuống móng Chính vậy, mà kết cầu cầu Extradosechịu lực hiệu hơn, tính thẩm mỹ cao Một vài ưu điểm khác cầu Extradose là: • Có nhịp lớn nhịp cầu dầm liên tục • Chiều cao tháp nhỏ so với cầu dây văng Điều quan trọng thiết kế cầu mà chiều cao tháp cần hạn chế (VD: cầu vượt thị, cầu gần sân bay ) • Dây cáp cầu Extradose không cần căng chỉnh phức tạp cầu dây văng thơng thường, giảm giá thành xây dựng cầu • Chiều cao dầm cầu nửa so với cầu dầm liên tục Vì giảm tĩnh tải, giảm chiều dài cầu, nâng cao khoảng tĩnh không bên dưới, thích hợp cho cầu vượt thị phải vượt qua khoảng tĩnh không định mà khơng chiếm q nhiều diện tích • Vì cáp ngắn, độ võng thân cáp nhỏ nên thông thường quan tâm đến tượng giao động cáp cầu dây văng • Biên độ ứng suất cầu Extradose gần giống kết cấu cầu bêtông ứng suất trước nhỏ cầu dây văng nên ứng suất kéo cho phép cáp văng thiết kế tăng lên Nghĩa số lượng cáp văng giảm xuống, kết cấu neo đơn giản hơn, giá thành xây dựng giảm • Chiều cao cột tháp thấp, dễ dàng cho việc lắp đặt cáp văng cho cơng tác tu bảo dưỡng sau • Do biên độ ứng suất cầu Extradose nhỏ nên xét tới tượng mỏi cáp cầu dây văng 1.5 ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ CÁP CẦU EXTRADOSE 1.5 ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ CÁP CẦU EXTRADOSE 1.5.1 Ứng suất cho phép 14 Cũng giống thiết kế cầu dây văng, số yếu tố quan trọng ứng suất cho phép cáp, yếu tố liên quan trực tiếp tới độ cứng cáp cầu Extradose độ cứng toàn hệ kết cấu Độ lớn ứng suất cho phép định liệu cáp có bị phá hoại mỏi hay khơng chịu tải trọng bình thường (khơng xét hệ số tải trọng) đảm bảo cáp làm việc miền đàn hồi chịu tải trọng cực hạn (xét hệ số tải trọng) Hiện tượng mỏi cáp thể hai dạng: dạng thứ mỏi sinh biến đổi có tính chu kì ứng suất dọc trục hoạt tải; dạng thứ hai xuất điểm neo gió rung cáp cầu Extradose gây nên Đối với tượng mỏi dọc trục khống chế cách giảm ứng suất kéo tải trọng gây mỏi, dạng mỏi gió, nhà thiết kế thường xử lý cách ứng dụng thiết bị giảm chấn (giảm chấn dầu, giảm chấn cao su, bố trí hệ dây neo bó cáp ) Điều cần thiết phải xác định cường độ tải trọng gây mỏi kéo theo tuổi thọ mỏi (tương đương với số chu kì lặp tải trọng đó) 1.5.2 Chùng ứng suất cáp Bằng nghiên cứu, tính tốn người ta chứng minh cáp cầu Extradosesự biến đổi lực kéo từ biến co ngót lớn so với biến đổi lực kéo sinh tĩnh tải phần hai hoạt tải, để xác định tỉ số chùng biểu kiến cáp phải xem xét tác động từ biến co ngót bê tơng 1.5.3 Điều chỉnh lực căng q trình thi cơng Điểm khác biệt cáp cầu Extradose cáp cầu dây văng trình căng kéo phải kéo hai lần, cáp dây văng phải thực căng điều chỉnh làm nhiều lần Kết luận nhà thiết kế nước rút sau thi công nhiều cầu dây văng cầu Extradose giới 1.5.4 Bố trí neo đỉnh tháp Với nguyên lí tương tự cầu dây văng, việc truyền lực từ bó cáp vào kết cấu thường thơng qua đầu mút cáp có gắn đầu neo giống kết cấu ứng suất trước kéo sau; số trường hợp lực cáp truyền trực tiếp dọc phần cong đoạn cáp tì tháp thường gọi “yên ngựa” Tuân theo nguyên lí nêu liệt kê số kiểu liên kết điển hình đỉnh tháp sau: • Cáp giao bê tơng (Hình ) Kiểu bố trí dùng cầu dây văng đơn giản lắp đặt trường hợp cần thiết thay thế, sử dụng hệ neo dùng cho cáp ứng suất trước nằm bê tông Tuy nhiên kết cấu neo giao cắt có nhược điểm phải bố trí tháp cao hơn, tiết diện tháp phải rộng so với kiểu neo “n ngựa” để đủ khoảng khơng gian bố trí neo • Cáp xuyên qua đỉnh tháp (Hình ) Đây kiểu liên kết thường dùng kết cấu cầu Extradose, khoảng cách tim bó cáp đỉnh tháp chủ yếu phụ thuộc vào khả chịu lực lớp bê tông nằm ống gen Nếu thiết kế có dự tính tới việc 1.5 ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ CÁP CẦU EXTRADOSE 15 thay cáp tương lai tương tự giải pháp ứng suất trước nằm ngồi bê tơng, vị trí n ngựa phải cấu tạo ống gen đúp Ống gen đặt cố định đỉnh tháp nguyên tắc phải chịu lực tì thành phần phân tích thẳng đứng lực kéo bó cáp sinh vị trí điểm chuyển hướng chịu chênh lệch lực căng bó cáp nằm hai phía tháp (kí hiệu F ) Mặt khác thời điểm trước bơm vữa, cường độ ma sát ống gen với cáp Extradose, thời điểm sau bơm vữa, cường độ dính bám vữa yêu cầu phải lớn trị số F Ngồi bê tơng xung quanh ống gen phải chịu lực ép vỡ thành phần phân tích thẳng đứng lực kéo bó cáp 1.5.5 Bảo vệ chống gỉ cáp cầu Extradose Cáp Extradose chống gỉ hai lớp bảo vệ ống bọc thép nhựa polietylen, ống chất dẻo xen kẹp sợi thép Vai trò lớp bảo vệ thứ tách cáp ứng suất trước khỏi nguyên nhân gây ăn mòn, chất nhồi vữa xi măng mỡ, sáp dầu mỏ, poliurethan lớp bảo vệ thứ hai, chưa kể ngày số trường hợp người ta sử dụng phương pháp mạ kẽm bọc epôxi trước phun vữa 1.5.6 Hiện tượng rung cáp mưa Trong trình xảy mưa kết hợp gió hình thành hai đường nước chảy dọc đỉnh đáy ống bọc cáp Extradose tạo nên tượng lắc lư cáp làm tính ổn định khí động Cho nên nghiên cứu tượng rung mưa gió phải đặc biệt quan tâm tới biên độ dao động giới hạn xảy ứng với tốc độ gió từ 6m/s đến 8m/s, phạm vi nước mưa bề mặt ống bọc cáp khó bị gió theo, lại dễ hình thành hai đường nước chảy phía ống Một vấn đề khác phải xét tới với bó cáp có tần số dao động riêng nhỏ 3Hz tượng ổn định khí động nói hay xảy 1.5.7 Hiện tượng rung cáp gió xốy quẩn Các thí nghiệm khí động cho thấy bó cáp nằm hướng gió tần số gió xốy trùng với tần số riêng bó cáp xảy tượng rung cáp gió xốy quẩn Thơng thường dạng dao động bậc xảy gió xốy quẩn tốc độ gió thấp, trái lại vùng có dạng dao động bậc cao xảy tượng xốy gió quẩn lực rung gió nhỏ 1.5.8 Hiện tượng bó cáp chao đảo theo đường elip Đây tượng hay xảy bố trí hai mặt phẳng dây thượng hạ lưu song song với (Hình ) Cáp thuộc mặt phẳng bị khuất gió bị chao đảo bó cáp mặt phẳng phía trước chốn gió Hiện tượng chịu ảnh hưởng cự li phân bố hai mặt phẳng cáp, khoảng cách 10 đến 20 lần đường kính bó cáp, tượng cáp rung chao đảo dạng elíp xảy dội, cịn khoảng cách đến lần đường kính bó cáp, tượng nêu không quan sát thấy 1.6 CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH THÁI CẦU EXTRADOSE 1.6 CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH THÁI CẦU EXTRADOSE 1.6.1 Mở đầu 16 Cầu Extradose phát minh cuối năm 80 kỷ trước, nhiên loại hình kết cấu phát triển nhanh chóng với ưu điểm bật so với dạng cầu khác Đặc điểm cầu Extradose kết hợp hợp lý mặt kết cấu cầu dầm cứng cầu dây văng Cầu Extradose vượt độ lớn vừa, mang tính kinh tế cạnh tranh cao so với dạng cầu khác có kích thước Mặt khác, cầu Extradose đa dạng mặt kết cấu, thể chỗ kết hợp nhiều loại kết cấu như: kết hợp kết cấu bêtông cốt thép dự ứng lực với kết cấu thép, hay sử dụng dầm bêtơng có sườn thép lượn sóng để giảm tĩnh tải dầm Về cơng nghệ tạo ứng suất trước cho dầm sử dụng dự ứng lực trong, dự ứng lực ngoài, hay kết hợp hai loại Về chiều cao dầm chủ, dầm có chiều cao không đổi thay đổi tùy theo độ nhịp Tuy nhiên, dầm có chiều cao thay đổi, đoạn dầm có chiều cao thay đổi thơng thường phạm vi từ tim trụ đến điểm neo dây đầu tiên, phần cịn lại có chiều cao không đôi Do thi công đơn giản so với dầm cứng có chiều cao thay đổi liên tục sử dụng công nghệ đúc hẫng cân Về cột tháp, cột tháp cấu tạo bêtông cốt thépm hay phần bêtông cốt thép phần liền với cáp văng kết cấu thép (kết cấu yên ngựa) Số mặt phẳng dây hay nhiều mặt phẳng dây phụ thuộc vào chiều rộng mặt cầu Cầu Extradosevới ưu khả chịu lực hợp lý, đa dạng sơ đồ kết cấu công nghệ thi công, đặc biệt giá thành xây dựng, ứng dụng ngày nhiều nhiều nước giới tính kinh tế hài hòa khả chịu lực kết cấu Về chất, cầu Extradose cầu dầm bêtông cốt thép dự ứng lực ngồi, bó cáp CĐC đưa lên mặt tiết diện tạo độ lệch tâm lớn so với trục trung hòa dầm, cột tháp coi vách chuyển hướng có độ cứng lớn Ý tưởng xuất số vầu dầm BTCT DƯL Tuy nhiên, số bó cáp CĐC đưa xuống khỏi phạm vi chiều cao tiết diện hay đưa lên neo vào cột tháp có chiều cao thấp để tăng cường khả chị mômen âm mômen dương dầm cứng cách cấu tạo cầu Ayumi Nhật Bản 1.6.2 Sơ đồ bố trí nhịp cầu Extradose Sau giới thiệu số sơ đồ bố trí nhịp điển hình cầu Extradose: Cầu Extradose hai nhịp Cầu Extradose hai nhịp dành cho cầu vượt qua đường, vượt qua sông hay thung lũng không lớn Các phương án cầu hai nhịp chọn chủ yếu điều kiện địa chất, địa hình yêu cầu kiến trúc tổng thể xung quanh khu vực cầu Thông thường cột tháp đặt nhịp, cáp văng bố trí đối xứng qua cột tháp tạo cân đối cho tồn cầu Điển hình cho loại cầu cầu Miyakodagawa Nhật Bản Cầu có độ (133+133m) vượt qua thung lũng sâu, ben có sơng nhỏ đường ơtơ liên tỉnh (Hình 1.17) Cột tháp cấu tạo bêtơng cốt thép bên có ống thép φ1.5m, cao 20m tính từ mặt cầu Chiều cao trụ lớn khoảng 54m tính từ bệ móng đến đáy dầm chủ Đối với cầu hai nhịp, cột tháp đặt lệch sang bên tạo chiều dài hai nhịp không Dưới tác dụng tĩnh tải, trọng lượng thân của nhịp lớn Tải FULL (41 trang): bit.ly/3aIqHVU Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net 1.6 CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH THÁI CẦU EXTRADOSE 17 Hình 1.17: Sơ đồ kết cấu cầu hai nhịp cân - Cầu Miyakodagawa gây lực căng dự trữ cáp văng đủ để khắc phục lực nén hoạt tải tác dụng lên nhịp nhỏ Một số cầu Extradosevới kiểu bố trí xây dựng nhiều nơi như: cầu Mauvieveu Pháp với sơ đồ nhịp (52.5+48.5m), cầu Santanigawa (57.9+92.9m), cầu Matakina (109.3+89.3m), cầu Shurikami (84.9+24.9m) Nhật Bản Hình 1.18 sơ đồ bố trí hai nhịp khơng cân bằng cầu Santanigawa Nhật Bản Chiếc cầu thiết kế hai nhịp khơng cân phải vượt qua thung lũng sâu, bên có sơng Santani đường giao thơng liên tỉnh Cách bố trí hai nhịp tỏ hợp lý giảm chiều cao trụ xây dựng vùng đất cao địa hình tương đối thuận tiện Tuy nhiên cầu Extradose hai nhịp, tùy theo vị trí cột tháp, sơ đồ bố trí cáp văng nhịp nhỏ bố trí giống khác so với sơ đồ bố trí cáp văng nhịp lớn số lượng dây cáp khoảng cách cáp văng Điểm khác biệt cầu Extradose cầu dây văng (CDV) cáp văng biên ngồi khơng cân thiết phải neo xuống mố hay trụ neo CDV, hệ dầm cứng cầu Extradose có độ cứng lớn, trọng lượng thân hệ dầm cứng bên phía nhịp nhỏ đủ lớn để chống lại nâng đầu dầm có hoạt tải tác dụng nhịp lớn Điều chứng minh cho làm việc linh hoạt hệ dầm cứng hệ dây treo cầu Extradose tác dụng hoạt tải, tính ưu việt dạng kết cấu cầu Extradose so với Tải FULL (41 trang): bit.ly/3aIqHVU CDV Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Cầu Extradose ba nhịp Phần lớn cầu Extradose thiết kế theo kiểu hệ ba nhịp, nhịp có chiều dài lớn nhất, cịn hai nhịp biên có chiều dài nhỏ (xem thống kê Bảng) Chiều dài nhịp biên thường thay đổi lớn phụ thuộc vào chiều dài nhịp giữa, thơng thường lấy 0.3 − 0.7L, L chiều dài nhịp Theo số liệu thống kê Bảng, chiều dài nhịp biên 0.6 − 0.7L thiết kế nhiều nhất, chiều dài nhịp biên hợp lý đối 1.6 CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH THÁI CẦU EXTRADOSE 18 Hình 1.18: Sơ đồ kết cấu cầu hai nhịp không cân - Cầu Santanigawa với cầu Extradose Cầu Extradose ba nhịp mặt học dầm liên tục dựa gối cứng (ở mố trụ) gối đàn hồi điểm neo cáp văng Độ cứng gối đàn hồi phụ thuộc yếu tố sau: • ❉✐➺♥ t➼❝❤ ✈➔ ❝❤✐➲✉ ❞➔✐ ❝→♣ ✈➠♥❣ : Độ cứng gối đàn hồi tỷ lệ thuận với diện tích tỷ lệ nghịch với chiều dài cáp văng Diện tích cáp văng lựa chọn sở tận dụng tối đa khả làm việc vật liệu đảm bảo độ bền, độ bền mỏi, độ cứng chung kết cấu • ●â❝ ♥❣❤✐➯♥❣ ❝õ❛ ❝→♣ ✈➠♥❣ s♦ ✈ỵ✐ ♠➦t ♣❤➥♥❣ ♥➡♠ ♥❣❛♥❣ : Góc nghiêng cáp văng ảnh hưởng đến lực căng dây cáp hệ ảnh hưởng đến nội lực hệ dầm cứng, chiều cao tháp thấp nên góc nghiêng cáp văng nhỏ so với CDV, nên thành phần lực nằm ngang cáp văng có tác dụng nén ép mặt cắt vào phía trụ cầu lớn Hình 1.19 sơ đồ bố trí nhịp cầu Odawara - cầu Extradose giới Ở cầu này, tỷ lệ chiều dài nhịp biên nhịp 0.6, coi tỷ lệ tương đối hợp lý cho thể loại kết cấu Cầu có khoảng cách từ cột tháp đến điểm neo dây 25.5m, khoảng cách lớn nhiều so với cách bố trí cầu dây văng Nhìn chung, chiều cao mặt cắt cầu Extradose thay đổi phạm vị từ cột tháp đến điểm neo dây đầu tiên, phần cịn lại có chiều cao khơng đổi Hình 1.20 sơ đồ cầu Palau Cộng hòa Palau Đặc điểm cầu chiều dài nhịp biên nhỏ, 0.33 chiều dài nhịp Vì lý phải bảo tồn môi trường sinh thái vùng biển, nên trụ cầu Palau yêu cầu phải xây dựng bờ, nhịp biên có chiều dài nhỏ lựa chọn thiết kế Tuy nhiên, phần nhịp thiết kế kết cấu thép dài 82m nhằm làm giảm tĩnh tải kết cấu nhịp Tóm lại, cầu Extradose ba nhịp có nhiều ưu điểm, vừa dễ thi cơng, vừa dễ bố trí cáp văng Khi thiết kế nên xem xét lựa chọn phương án cầu ba nhịp có chiều dài nhịp biên 0.6 − 0.7L Trong trường hợp đặc biệt, theo yêu cầu thiết kế hay theo địa hình thi cơng chọn phương án nhịp biên nhỏ, phải dựa sở so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật phương án khác 3449722 ... CỦA KẾT CẤU CẦU EXTRADOSE 1.4 13 ƯU ĐIỂM CỦA KẾT CẤU CẦU EXTRADOSE Cầu Extradose dạng kết cấu kết hợp kết cấu cầu dầm cứng cầu dây văng, vậy, phát huy ưu điểm hai loại cầu Hình 1.16: So sánh Cầu. .. cầu hai nhịp cân - Cầu Miyakodagawa Sơ đồ kết cấu cầu hai nhịp không cân - Cầu Santanigawa Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Odawara - Nhật Bản Sơ đồ kết cấu nhịp cầu Palau - Cộng hòa... cầu, liên kết với cột tháp có chiều cao 22.1m, neo vào mố cầu Chiếc cầu Extradose sơ khai cầu Ganter Thụy Sỹ (Hình ??), xây dựng sở kết hợp kết cấu dầm cứng với hệ dây treo Cầu Ganter thi? ??t kế