Tiến hành tớnh toỏn thử cho cụng trỡnh cầu Kiền – Hải Phũng:
Vị trớ: Cầu Kiền, lý trỡnh Km20+1,986, nằm trờn Quốc lộ 10, thuộc đoạn Ninh Bỡnh đến Bớ Chợ, vượt qua sụng Cấm, thuộc thành phố Hải Phũng.
Tiờu chuẩn Kỹ thuật
Cầu được thiết kế vĩnh cửu theo tiờu chuẩn AASHTO 1996. Tải trọng thiết kế :1,25.HS20-44
Khổ cầu K10,5 + 2 1,5m.
Độ dốc dọc là 4% ở phần cầu dẫn, và theo đường cong R = 3000m ở phần cầu chớnh. Độ dốc ngang cầu là 2%.
Khổ thụng thuyền B xH = 80 x 25 (m) .
Mực nước thiết kế: H1% = 2,5m và H5% = 2,28m .
Cầu thiết kế theo Tiờu chuẩn 22TCN 18-79 . Phương ỏn kết cấu
Cầu cú tổng chiều dài 1186 m (tớnh khoảng cỏch hai tường đầu mố) với phần cầu dẫn mỗi bờn dài 408m và phần cầu chớnh dài 370m.
Cầu chớnh cú sơ đồ: (85 + 200m + 85)m liờn tục, gồm 2 trụ thỏp
Dầm chủ phần cầu chớnh:
Dầm liờn tục 3 nhịp, bố trớ 2 mặt phẳng dõy văng. Dầm dạng hộp 3 khoang. Tại mặt cắt trụ cú tổng chiều rộng là 15,1m . Tại mặt cắt giữa nhịp là 16,7m.
Trụ thỏp
Gồm hai trụ thỏp cú chiều cao tớnh từ đỏy kết cấu nhịp là 51,5m, tớnh từ mặt cắt bệ múng là 79,5m. Trụ thỏp bằng BTCT cú phần từ đỉnh bệ múng đến đỏy kết cấu nhịp dạng đặc. Phần trờn được chia làm 2 nhỏnh để neo mặt phẳng cỏp, mỗi nhỏnh rộng 2m theo phương ngang cầu, 2,5m theo phương dọc cầu, cỏch nhau 8m tại vị trớ đỉnh thỏp. Hai nhỏnh được liờn kết với nhau bằng một dầm ngang cú chiều rộng là 10,55m .
Trụ thỏp đặt trờn bệ múng cú kớch thước 26x20,5x4,5 (m) đặt trờn 20 cọc khoan nhồi L = 30,5m cú đường kớnh D = 2m.
Dõy văng
Dõy văng sử dụng loại bú cỏp gồm cỏc tao 15,2mm của hóng VSL, gồm 36 dõy được bố trớ thành 2 mặt phẳng dàn dõy dạng hỗn hợp.
Khoảng cỏch giữa cỏc đầu neo trờn tại vị trớ trụ thỏp là 4m và tại vị trớ liờn kết với dầm ở nhịp biờn là 8,5m và ở nhịp giữa là 10m.
-64-
3.2 Tớnh toỏn lực điều chỉnh trong từng bú cỏp
Cụng trỡnh cầu Kiền đó được xõy dựng và lực điều chỉnh trong từng bú cỏp đó được tớnh toỏn trong quỏ trỡnh thiết kế điều chỉnh nội lực. Ở đồ ỏn này khụng đề cập đến vấn đề tớnh toỏn điều chỉnh nội lực mà sử dụng kết quả của bài toỏn điều chỉnh nội lực, cụ thể là lực căng cuối cựng của bú cỏp trong quỏ trỡnh thi cụng.
S1 S18 S18 S1
Hỡnh 3.1: Sơ đồ cầu Kiền
Bảng 3.1: Giỏ trị lực căng của cỏc bú cỏp của cầu Kiền
Cỏc giỏ trị in đậm là giỏ trị lực căng tổng thể của bú cỏp tương ứng
Thỏp phớa Đụn g 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 48S15 42S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 42S15 42S15 37S15 37S15 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 S9,10 Lực căng cỏp CASE-6-6 2117 1908 S9,10 Điều chỉnh lần 1 CASE-8-6 1097 1413 S8,11 Lực căng cỏp CASE-10-6 2853 3073 S8,11 Điều chỉnh lần 1 CASE-12-6 2273 2024 S7,12 Lực căng cỏp CASE-14-6 2435 2746 S7,12 Điều chỉnh lần 1 CASE-16-6 2751 2132 S6,13 Lực căng cỏp CASE-18-6 2972 2842 S6,13 Điều chỉnh lần 1 CASE-20-6 2917 2193 S9,10 Điều chỉnh lần 2 CASE-21-8 -1474 -2638 S5,14 Lực căng cỏp CASE-22-6 2956 2927 S5,14 Điều chỉnh lần 1 CASE-24-6 3065 2241 S8,11 Điều chỉnh lần 2 CASE-25-8 -1408 -2682 S4,15 Lực căng cỏp CASE-26-6 2993 2781 S4,15 Điều chỉnh lần 1 CASE-28-6 3131 2358 S7,12 Điều chỉnh lần 2 CASE-29-8 -1499 -2720 S3,16 Lực căng cỏp CASE-30-6 3042 2931 S3,16 Điều chỉnh lần 1 CASE-32-6 3220 2346 S6,13 Điều chỉnh lần 2 CASE-33-8 -2506 -3459 S2,17 Lắp đặt cỏp CASE-34-1 S2,17 Lực căng cỏp CASE-34-6 2686 3238 S2,17 Điều chỉnh lần 1 CASE-36-6 3233 2566 S1,18 Lực căng cỏp CASE-38-6 619 1407 Điều chỉnh lần 3 CASE-43 6294 1957 0 -2088 0 1460 1467 0 3967 4574 2509 2311 1649 0 -2280 0 925 3094 Điều chỉnh lần 4 CASE-49 1464 501 1456 3267 -108 2963 2386 3191 1504 -1338 -2864 -2289 -763 -4331 1010 57 -1148 1467 Thỏp phớa Tõy 3018 3017 3016 3015 3014 3013 3012 3011 3010 3009 3008 3007 3006 3005 3004 3003 3002 3001 37S15 37S15 42S15 42S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 37S15 42S15 48S15 S18 S17 S16 S15 S14 S13 S12 S11 S10 S9 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1
-65- S9,10 Lực căng cỏp CASE-6-6 1908 2117 S9,10 Điều chỉnh lần 1 CASE-8-6 1413 1097 S8,11 Lực căng cỏp CASE-10-6 3073 2853 S8,11 Điều chỉnh lần 1 CASE-12-6 2024 2273 S7,12 Lực căng cỏp CASE-14-6 2746 2435 S7,12 Điều chỉnh lần 1 CASE-16-6 2132 2751 S6,13 Lực căng cỏp CASE-18-6 2842 2972 S6,13 Điều chỉnh lần 1 CASE-20-6 2193 2917 S9,10 Điều chỉnh lần 2 CASE-21-8 -2638 -1474 S5,14 Lực căng cỏp CASE-22-6 2927 2956 S5,14 Điều chỉnh lần 1 CASE-24-6 2241 3065 S8,11 Điều chỉnh lần 2 CASE-25-8 -2682 -1408 S4,15 Lực căng cỏp CASE-26-6 2781 2993 S4,15 Điều chỉnh lần 1 CASE-28-6 2358 3131 S7,12 Điều chỉnh lần 2 CASE-29-8 -2720 -1499 S3,16 Lực căng cỏp CASE-30-6 2931 3042 S3,16 Điều chỉnh lần 1 CASE-32-6 2346 3220 S6,13 Điều chỉnh lần 2 CASE-33-8 -3459 -2506 S2,17 Lắp đặt cỏp CASE-34-1 S2,17 Lực căng cỏp CASE-34-6 3238 2686 S2,17 Điều chỉnh lần 1 CASE-36-6 2566 3233 S1,18 Lực căng cỏp CASE-38-6 1407 619 Điều chỉnh lần 3 CASE-43 3094 925 0 -2280 0 1649 2311 2509 4574 3967 0 1467 1460 0 -2088 0 1957 6294 Điều chỉnh lần 4 CASE-49 1505 -1118 70 993 -4387 -866 -2444 -3091 -1619 1771 3428 2543 3059 -59 3288 1468 492 1436
3.3 Tớnh toỏn lực căng cho từng tao cỏp
3.3.1 Tớnh toỏn căng cỏp cho Bú cỏp S18, thỏp phớa Đụng
- Cỏc thụng số về vật liệu: + Tờn vật liệu: Thộp
+ Mụ đun đàn hồi: 210000000 kN/m2
+ Hệ số Poỏt xụng: 0.3
+ Trọng lượng bản thõn: 78,5 kN/m3
Hỡnh 3.2: Bảng khai bỏo thụng số vật liệu của cỏp
- Cỏc thụng số về cỏp + Tờn cỏp + Vật liệu: Thộp
-66-
+ Loại tao cỏp sử dụng: 15,2 mm
+ Chiều dài bú cỏp: 105 m
+ Gúc của cỏp so với phương nằm ngang: 230
+ Tổng lực căng: 1407 kN
+ Độ cứng ban đầu: 2917 kN/m
Hỡnh 3.3: Bảng khai bỏo thụng số của cỏp
Độ cứng ban đầu (First Stiffness) được tớnh toỏn nhờ chương trỡnh tớnh toỏn (hỡnh 3.4):
+ Mụ hỡnh kết cấu nhờ chương trỡnh Sap hoặc Mớdas
+ Với kết cấu hiện tại cho lực đơn vị P=1 tỏc dụng tại vị trớ thỏp và dầm theo phương dọc trục dõy
+ Xỏc định được chuyển vị tương đối giữa thỏp và dầm (theo phương trục dõy)
+ Độ cứng theo ban đầu k0 = 1/
-67- - Phõn tớch bài toỏn: Analysis/One Cable Analysis/
Hỡnh 3.5: Khi phõn tớch kết thỳc
- Kết quả bài toỏn: Analysis/Result table
Kết quả của bài toỏn bao gồm trỡnh tự căng cỏc tao cỏp và giỏ trị tương ứng của cỏc lần căng.
-68-
Hỡnh 3.7: Kết quả của bài toỏn khi chuyển sang File Excel
3.3.2 Tớnh toỏn căng cỏp cho Bú cỏp S9, thỏp phớa Tõy
- Cỏc thụng số về vật liệu: + Tờn vật liệu: Thộp
+ Mụ đun đàn hồi: 210000000 kN/m2
+ Hệ số Poỏt xụng: 0.3
+ Trọng lượng bản thõn: 78,5 kN/m3
Hỡnh 3.8: Bảng khai bỏo thụng số vật liệu của cỏp
- Cỏc thụng số về cỏp + Tờn cỏp + Vật liệu: Thộp
+ Số lượng tao trong bú: 37 tao
-69-
+ Chiều dài bú cỏp: 20.4 m
+ Gúc của cỏp so với phương nằm ngang: 450
+ Tổng lực căng: 1908 kN
+ Độ cứng ban đầu: 4342 kN/m
Hỡnh 3.9: Bảng khai bỏo thụng số của cỏp
Độ cứng ban đầu (First Stiffness) được tớnh toỏn nhờ chương trỡnh tớnh toỏn (hỡnh 3.4):
+ Mụ hỡnh kết cấu nhờ chương trỡnh Sap hoặc Mớdas
+ Với kết cấu hiện tại cho lực đơn vị P=1 tỏc dụng tại vị trớ thỏp và dầm theo phương dọc trục dõy
+ Xỏc định được chuyển vị tương đối giữa thỏp và dầm (theo phương trục dõy)
+ Độ cứng theo ban đầu k0 = 1/
Hỡnh 3.10: Sơ đồ tớnh độ cứng ban đầu của kết cấu
-70-
Hỡnh 3.11: Khi phõn tớch kết thỳc
- Kết quả bài toỏn: Analysis/Result table
Kết quả của bài toỏn bao gồm trỡnh tự căng cỏc tao cỏp và giỏ trị tương ứng của cỏc lần căng.
-71-
Hỡnh 3.13: Kết quả của bài toỏn khi chuyển sang File Excel
3.4 Một số nhận xột
Với cụng nghệ căng từng tao cỏp thỡ với lực căng cuối cựng của dõy văng sẽ tớnh toỏn ra lực căng của từng tao ứng với mỗi lần căng để đạt được lực căng cuối cựng trong dõy văng bằng lực căng tớnh toỏn.
Nguyờn lý của bài toỏn là căng dõy đầu với một giỏ trị, căng dõy thứ hai với lực căng sao cho đảm bảo lực căng trong hai dõy là bằng nhau, tiếp theo là dõy thứ ba tiến hành căng để lực căng trong ba tao cỏp bằng nhau. Đương nhiờn là lực căng trong cỏc tao đó được căng trước sẽ giảm dần khi căng cỏc tao tiếp theo.
Cứ như vậy khi căng đến dõy thứ n thỡ toàn bộ lực căng trong cỏc tao cỏp sẽ bằng nhau và bằng giỏ trị lực căng cuối cựng trong dõy văng đú.
Trong quỏ trỡnh tớnh toỏn thỡ cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến kết quả tớnh đú là: Độ cứng của thỏp và dầm, độ chựng của dõy, ảnh hưởng của nhiệt độ và ảnh hưởng của giú trong quỏ trỡnh thi cụng
-72-
Chương 4 Kết luận và hướng phỏt triển
4.1 Kết luận
Cựng với nhu cầu xõy dựng ngày càng nhiều cỏc cụng trỡnh cầu lớn, thỡ cầu dõy văng mà trong đú việc tớnh toỏn điều chỉnh dõy giữ một vai trũ mấu chốt trong cụng nghệ thi cụng. Bỏo cỏo này tập trung nghiờn cứu mụ hỡnh dõy văng và giải bài toỏn tớnh toỏn căng cỏp văng.
4.1.1 Cụng nghệ căng cỏp cầu dõy văng
Bỏo cỏo này đó phõn tớch và đỏnh giỏ một số cụng nghệ căng cỏp cầu dõy văng đang được ứng dụng hiện nay ở Việt Nam và trờn thế giới. Trong đú đối với cỏc cụng trỡnh cầu lớn thỡ cụng nghệ căng cỏp theo từng tao thể hiện nhiều ưu điểm và được ứng dụng phổ biến.
4.1.2 Mụ hỡnh làm việc của cỏp văng
Xỏc định ứng xử của dõy văng là cụng việc quan trọng trong phõn tớnh tớnh toỏn kết cấu cầu dõy. Hiện nay cú nhiều mụ hỡnh làm việc của cỏp văng được phỏt triển mà một trong số đú là: Mụ hỡnh cỏp đơn cú độ cứng tiếp tuyến tương đương với trường hợp cỏp đặt nghiờng, mụ hỡnh dạng dầm với cỏp đơn sử dụng gối lũ xo tương đương, mụ hỡnh dầm làm việc cựng cỏp như dầm trền nền đàn hồi. Với bài toỏn tớnh toỏn căng cỏp từng tao trong đồ ỏn thỡ dựng kết hợp cỏc mụ hinh núi trờn.
4.1.3 Thuật toỏn tớnh toỏn căng cỏp cầu dõy văng
Điểm mới nổi bật của Bỏo cỏo này là đó xõy dựng được thuật toỏn tớnh toỏn căng cỏp cầu dõy văng theo cụng nghệ căng từng tao. Bỏo cỏo này đó phõn tớch chi tiết lời giải và đề xuất thuật toỏn cũng như phỏt triển chương trỡnh tớnh toỏn minh hoạ. Thuật toỏn này sau đú đó được ứng dụng cho một cụng trỡnh cầu cụ thể đó thi cụng và cho kết quả tớch cực.
4.2 Hướng phỏt triển
4.2.1 Phõn tớch ứng xử của cỏp văng dưới cỏc tỏc động của giú Mặc dự Bỏo cỏo này đó xõy dựng được thuật toỏn tổng quỏt cho việc tớnh Mặc dự Bỏo cỏo này đó xõy dựng được thuật toỏn tổng quỏt cho việc tớnh toỏn căng cỏp văng theo cụng nghệ căng từng tao, tuy nhiờn việc phõn tớch ứng xử tổng thể của cỏp văng chưa xột được sự tỏc động của giú trong quỏ trỡnh thi cụng. Xỏc định và đỏnh giỏ ảnh hưởng của giú động trong quỏ trỡnh căng kộo điều chỉnh cỏp văng sẽ làm chớnh xỏc hơn kết quả tớnh toỏn và phản ỏnh đỳng đắn sự làm việc thực tế của cụng trỡnh cầu.
-73-
Tài liệu tham khảo
[1] Lờ Đỡnh Tõm, Cầu Dõy Văng, Nhà xuất bản xõy dựng, năm 2000
[2] Gunnar Tibert, Numerical Analyses of Cable Roof Structures, TRITA-BKN.
Bullentin 46, 1999.
[3] Freyssinet Company, Freyssinet HD Stay cables Document, B.P. 135 - 78148
Vộlizy Cedex – France
[4] St.Louis, Application of Aerodynamic Design Guidelines to Application of
Aerodynamic Design Guidelines to Recent Cable Stay Bridges, 2006
[5] Benoợt LECINQ and Jộrụme STUBLER, Freyssinet High Performance Stay
Cable System, Freyssinet International
[6] Cable Stays Recommendations of French Interministerial Commission on
Prestressing (Edition June 2002 in English)
[7] NF A 35-035 (Edition 2001), Hot Dip Zinc or Zinc-Aluminium Coated
Prestressing Smooth Wires and 7-Wire Strands
[8] Tài liệu thiết kế và thi cụng cỏc cụng trỡnh cầu: Cầu Mỹ Thuận, Cầu Bớnh Cầu Kiền, Cầu Bói Chỏy.
[9] Manabu Ito, Yozo Fujino, Toshio Miyata, Nobuyuki Narita, Cable - stayed
bridges recent developments and their future, Amstardam - London - New York
- Tokyo, 1991.
[10] Podolny, W. and Scalmi, J., Contruction and Design of Cable-Stayed
Bridge, John Wiley & Sons New York, 1983
[11] Fujisawa, N. and Tomo, H., Computer-aided cable adjustment of cable-
stayed bridge, IABSE Proc., P-92/85, 1985
[12] J.N. Reddy, An introduction to the finite element method, McGrow Hill,
Intenational Edittion, 1991.
[13] Lidstrom, T., Finite Element Modelling Supported by Object Oriented
Methods. Licentiate Thesis, 1993
[14] An Innovative Multidisciplinary, Response to a Construction Challenge
Adjustment of the Rion-Antirion Cable-Stayed Bridge:, G. BAECHLER and J.