CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CẦU DÂY VĂNG
1.1.4. Cấu tạo tháp cầu
Trong cầu dây văng tùy theo độ cứng chịu uốn của tháp theo phương dọc, có thể phân biệt thành hai loại tháp cầu: Tháp mềm và tháp cứng.
Tháp cầu có mặt cắt đặc hoặc rỗng bằng bê tông hoặc thép. Việc hoạch định hình dáng tháp cầu dây văng thường dựa trên 5 yếu tố cơ bản sau:
- Qui mô dầm chính
- Khẩu độ nhịp chính - Điều kiện đất nền
- Khoảng cách các dây văng và neo - Yêu cầu về thẩm mỹ, kiến trúc
Tháp mềm có kích thước theo chiều dọc cầu tương đối nhỏ, độ cứng bé, khả năng chịu uốn kém hoặc khi tháp cầu có liên kết khớp với trụ thì cũng được coi là mềm không phụ thuộc vào kích thước tiết diện. Chuyển vị ngang của đỉnh tháp theo phương dọc cầu chủ yếu dựa vào độ cứng chịu kéo của dây neo. Dây neo thường được liên kết cố định, một đầu vào đỉnh tháp cầu, một đầu vào dầm cứng trên mố, trụ. Như vậy theo phương dọc cầu, tháp mềm làm việc như một thanh có đầu trên liên kết khớp với dây neo, đầu dưới ngàm hoặc liên kết khớp với trụ.
Tháp cứng có tiết diện ngang lớn, độ cứng theo phương dọc cầu đủ lớn để hạn chế chuyển vị ngang đỉnh tháp và chịu lực ngang của các dây văng. Tháp cứng phải liên kết cứng với trụ và trên nguyên tắc có thể không cần dây neo. Tháp cứng chịu tải như một thanh có một đầu ngàm, một đầu tự do chịu nén uốn. Tháp cầu cứng có thể cấu tạo dạng chữ A hoặc Y ngược.
Hình 1.18. Các dạng tháp cầu cứng và mềm a) Tháp cầu mềm; b) Tháp cầu cứng
1.1.4.1. Tháp cầu mềm
Tháp cầu mềm có thể làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép, thông thường tháp cầu bằng thép được dùng cho cầu có dầm cứng bằng thép, tháp cầu bê tông cốt thép có thể dùng cho các cầu có dầm cứng bằng thép hoặc bê tông cốt thép.
Tháp cầu đơn giản nhất có dạng hai cột thẳng đứng tạo thành một khung hở, ngàm vào trụ hoặc vào dầm chủ, mỗi cột tháp nằm trong một mặt phẳng dây, làm việc chịu nén uốn theo phương ngang như thanh có một đầu ngàm, một đầu tự do.
Theo phương dọc cầu do có các dây neo nên tháp làm việc như thanh có một đầu ngàm, một đầu trên gối đàn hồi. Với các cầu nhịp lớn, tháp cao sẽ làm việc bất lợi về mặt ổn định.
Để tăng cường khả năng chịu nén dọc có thể bố trí liên kết khớp tại chân tháp cầu. Các cột tháp thường được liên kết với nhau theo phương ngang cầu tạo thành một khung kín thông qua một hệ thanh giằng. Các thanh giằng có thể bố trí dày hoặc thưa với hình dạng tùy ý theo mỹ quan, đủ đảm bảo chịu lực và thi công đơn giản.
Tháp cầu dạng khung kín tạo điều kiện giảm chiều dài dự do chịu nén dọc nên có thể giảm chiều dày tiết diện cột tháp mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định. Do vậy trừ trường hợp đặc biệt, theo phương ngang cầu tháp cầu mềm thường chọn dạng khung kín.
Hình 1.19. Tháp cầu dạng hai cột thẳng đứng
Chiều rộng của tháp thường chọn lớn hơn chiều rộng của hệ mặt cầu để đảm bảo tính liên tục của dầm chủ qua trụ, khi đó hai mặt phẳng dây sẽ phải nằm hơi nghiêng hình máng với độ nghiêng nhỏ, hầu như không ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hệ, nhưng có thể không đảm bảo mỹ quan. Để đảm bảo dây nằm trong các mặt phẳng thẳng đứng thì trên mặt cắt ngang, tháp cầu có thể có dạng hình thang hoặc có dạng hình chữ nhật ở trên, phía dưới mở rộng chân tạo thành hình thang đủ rộng để dầm chạy liên tục trong lòng tháp.
Hình 1.20. Tháp cầu dạng hình thang và dạng chữ A, Y ngược
Để tăng cường khả năng chịu lực ngang của dây văng (lực gió lắc ngang), trên mặt cắt ngang, tháp cầu có thể có dạng chữ A hoặc Y ngược. Các dây văng neo vào tháp và mép biên hệ mặt cầu tạo thành các mặt phẳng dây nghiêng, có khả năng chịu lực gió cùng với hệ mặt cầu. Ngoài yêu cầu chịu lực, tháp cầu thường có yêu cầu thẩm mỹ cao.
Đối với cầu có một mặt phẳng dây thì tháp thường có dạng một cột thẳng đứng nằm giữa cầu. Để có thể bố trí dầm chủ tiết diện hộp liên tục qua trụ, chân tháp thường không trực tiếp liên kết với trụ mà ngàm vào dầm chủ, phản lực thẳng đứng từ tháp truyền qua gối của dầm hộp xuống trụ. Theo phương ngang cầu, tháp chịu nén uốn như thanh một đầu ngàm một đầu tự do nên kích thước tiết diện tương đối lớn.
Hình 1.21. Tháp cầu có một mặt phẳng dây
Đối với cầu rộng một hoặc hai mặt phẳng dây, hệ mặt cầu làm việc rất bất lợi theo phương ngang, tĩnh tải của dầm chủ và mặt cầu rất lớn làm tăng khối lượng vật liệu và nội lực trong toàn hệ. Để giảm nhẹ hệ mặt cầu thì có thể bố trí ba, bốn mặt phẳng dây. Để đáp ứng nhu cầu nhiều mặt phẳng dây trong các cầu rộng, mặt cắt ngang của tháp cầu có tháp cầu có thể có dạng sau: Chia cầu rộng thành hai cầu hẹp đứng song song tựa lên một trụ chung với hai tháp đỡ các mặt phẳng dây riêng biệt. Tháp cầu có thể có dạng hình thang hoặc dạng hai chữ A đứng kề nhau đỡ 4 mặt phẳng dây thẳng đứng hoặc nghiêng.
Hình 1.22. Chia một cầu rộng thành hai cầu đứng kề nhau
Theo phương dọc cầu tháp mềm thường có dạng một thanh thẳng liên kết ngàm hoặc liên kết khớp với trụ cầu. Với các cầu cạn, trụ cầu không chịu va đập của tàu bè thì chân tháp có thể kéo dài xuống tới móng, khi đó không phân biệt tháp và trụ cầu. Tháp mềm thường được bố trí thẳng đứng do với cùng một chiều cao tháp, tháp cầu thẳng đứng đảm bảo độ cứng lớn nhất cho hệ.
1.1.4.2. Tháp cầu cứng
Một trong các biện pháp tăng cường độ cứng cho cầu dây văng là dùng tháp cứng. Tháp cứng là tháp có độ cứng theo phương dọc đủ lớn để hạn chế chuyển vị ngang của đỉnh tháp khi chịu hoạt tải nhằm giảm độ võng của hệ và momen uốn trong dầm chủ. Vì vậy trên nguyên tắc, khi dùng tháp cầu cứng thì có thể không cần dây neo. Để tăng độ cứng của tháp thì phải tăng diện tích tiết diện và kích thước mặt cắt ngang của tháp cầu.
Theo chiều dọc, tháp cứng có thể có dạng chữ nhật kích thước lớn, hoặc tiết diện hộp. Với cầu nhịp lớn, tháp cao thì tháp cứng hợp lý nhất có dạng chữ A .Tháp cầu dạng chữ A vừa tạo độ cứng lớn, tiết kiệm vật liệu nên được dùng nhiều trong các cầu cần tăng cường độ cứng khi không có khả năng bố trí các dây neo.
Tháp cứng là biện pháp có hiệu quả cao để tăng cường độ cứng của cầu và giảm momen uốn trong dầm chủ, tuy nhiên làm tăng kích thước và khối lượng vật liệu cả móng và tháp, vì vậy việc chọn kết cấu tháp cần dựa trên cơ sở các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chung toàn cầu và chỉ nên xem xét áp dụng khi việc bố trí các dây neo không thuận tiện như trong các trường hợp cầu hai và nhiều nhịp.
Hình 1.23. Cầu Vadi-El-kuf (Libie)