BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Bài giảng Chuyên đề
TÍNH TOÁN CĂNG CÁP CẦU DÂY VĂNG
THEO CÔNG NGHỆ CĂNG TỪNG TAO
Trình bầy: GS.TS. NGUYỄN VIẾT TRUNG
HÀ NỘI 2012
MỤC LỤC
Chương 1 Tổng quan về công nghệ căng cáp trong cầu dây văng .......................... 3
1.1 Khái niệm về công tác căng cáp cầu dây văng ............................................... 8
1.2 Một số công nghệ căng cáp trong các cầu dây văng ở Việt Nam .................. 10
1.2.1
Công nghệ căng cáp văng cầu Kiền ..................................................... 10
1.2.2
Công nghệ căng cáp văng cầu Bính ..................................................... 16
1.2.3
Công nghệ căng cáp văng cầu Bãi Cháy .............................................. 18
1.3 Một số nhận xét........................................................................................... 26
Chương 2 Xây dựng thuật toán tính toán căng cáp cầu dây văng ........................ 28
2.1 Giới thiệu bài toán ...................................................................................... 28
2.2 Phân tích ứng xử tổng thể của dây văng ...................................................... 28
2.2.1
Phương trình của 1 cáp đơn ................................................................. 28
2.2.2
Mô hình dạng dầm với cáp đơn sử dụng lò xo tương đương ................. 38
2.2.3
Mô hình dầm với nhiều cáp sử dụng mô hình dầm trên nền đàn hồi ..... 44
2.2.4
Quá trình thiết kế cho các hệ thống cáp/dầm ........................................ 50
2.3 Tính toán căng cáp văng theo công nghệ căng từng tao ............................... 54
2.3.1
Trường hợp 1: Xét bài toán căng bó cáp có 2 tao với diện tích mặt cắt
mỗi tao là bất kỳ .................................................................................................. 54
2.3.2
Trường hợp 2: Tổng quát xét cho n tao cáp .......................................... 56
2.3.3
Thuật toán giải bài toán căng dây ........................................................ 57
2.4 Chương trình tính toán căng cáp văng ......................................................... 58
2.4.1
Mô đun file: ......................................................................................... 59
2.4.2
Mô đun Data: Khai báo các số liệu đầu vào......................................... 59
2.4.3
Mô đun Analysis: Phân tích bài toán tính căng cáp từng tao ................ 61
Chương 3 Ứng dụng thuật toán tính toán căng cáp trong một công trình cầu..... 63
3.1 Giới thiệu công trình cầu ............................................................................. 63
3.2 Tính toán lực điều chỉnh trong từng bó cáp ................................................. 64
3.3 Tính toán lực căng cho từng tao cáp ............................................................ 65
3.3.1
Tính toán căng cáp cho Bó cáp S18, tháp phía Đông ........................... 65
3.3.2
Tính toán căng cáp cho Bó cáp S9, tháp phía Tây ................................ 68
3.4 Một số nhận xét .......................................................................................... 71
Chương 4 Kết luận và hướng phát triển ................................................................ 72
4.1 Kết luận ...................................................................................................... 72
4.1.1
Công nghệ căng cáp cầu dây văng ....................................................... 72
4.1.2
Mô hình làm việc của cáp văng ............................................................ 72
4.1.3
Thuật toán tính toán căng cáp cầu dây văng ........................................ 72
4.2 Hướng phát triển ......................................................................................... 72
4.2.1
Phân tích ứng xử của cáp văng dưới các tác động của gió ................... 72
Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 73
Phụ lục
...................................................................... Error! Bookmark not defined.
-2-
HỆ THỐNG KÝ HIỆU
T: Lực căng trong tao cáp;
w: Trọng lượng cáp theo phương thẳng đứng;
b x: Lực tác dụng lên cáp theo phương ngang;
: Góc nghiêng của cáp so với phương nằm ngang;
H: Hình chiếu của lực T theo phương ngang;
L: Khoảng cách giữa điểm đầu và điểm cuối của cáp
Lh: Chiều dài hình chiếu của cáp;
A: Diện tích của bó cáp;
fi: Diện tích từng tao cáp;
h: Chiều dài đường tên;
s: Chiều dài khi bị biến dạng của cáp theo tim của cáp;
s0: Chiều dài ban đầu của cáp theo tim của cáp;
E: Mô đun đàn hồi của vật liệu làm cáp;
Eeff: Mô đun đàn hồi tương đương của cáp;
: Ứng suất trong bó cáp;
k0: Độ cứng ban đầu của dầm và tháp
ki: Độ cứng của các tao cáp
P: Lực căng tổng cộng trong bó cáp
-3-
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Công trình Cầu Bính lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn .............................. 8
Hình 1.2: Mô hình căng cáp từng tao ........................................................................... 9
Hình 1.3: Cấu tạo neo cáp tại phía dầm ..................................................................... 11
Hình 1.4: Cấu tạo neo tại phía tháp............................................................................ 12
Hình 1.5: Hệ thống tời chuyên dụng của hãng VSL ................................................... 12
Hình 1.6: Mô hình căng cắp từng tao áp dụng cho cầu Kiển ...................................... 13
Hình 1.7a: Cuộn cáp.................................................................................................. 13
Hình 1.7b: Lắp đặt tao cáp vào con suốt .................................................................... 13
Hình 1.7c: Kéo con suốt đã gán tao cáp vào bó cáp văng ........................................... 13
Hình 1.7d: Lắp đầu cáp phía dưới vào neo................................................................. 13
Hình 1.8: Các nhân tố ảnh hưởng đến lực căng cáp ................................................... 14
Hình 1.9: Mối quan hệ giữa lực căng tổng thể trong cáp văng ................................... 14
và số bó cáp được căng ............................................................................................. 14
Hình 1.10: Dùng kích có đồng hồ đo lực để căng tao cáp .......................................... 15
Hình 1.11: Cấu tạo kích có đồng hồ đo lực ................................................................ 15
Hình 1.12: Thiết bị đo lực căng của hãng VSL .......................................................... 15
Hình 1.13: Cấu tạo tao cáp sử dụng cho cầu Bãi Cháy ............................................... 20
Hình 1.14: Cấu tạo đầu neo cáp ................................................................................. 20
Hình 1.15: Bảo vệ đầu neo trước khi lắp đặt .............................................................. 21
Hình 1.16: Cấu tạo đầu neo phía tháp và phía dầm .................................................... 21
Hình 1.17: Cấu tảo lớp vở bảo vệ của bó cáp ............................................................. 22
Hình 1.18: Máy nối ống bảo vệ bó cáp ...................................................................... 22
Hình 1.19: Chuẩn bị lắp đặt ống bảo vệ ..................................................................... 22
Hình 1.20: Nâng lắp đặt ống bảo vệ bó cáp ............................................................... 23
Hình 1.21: Chuẩn bị các tao cáp ................................................................................ 23
Hình 1.22: Con xuốt để lắp đặt tao cáp ...................................................................... 23
Hình 1.23: Tời kéo phục vụ lắp đặt các tao cáp ......................................................... 24
Hình 1.24: Các đầu tao cáp được giữ chặt ở phía tháp ............................................... 24
Hình 1.25: Đầu dưới của tao cáp được cắt bằng máy cắt ............................................ 24
Hình 1.26: Đầu dưới của tao cáp được đưa vào ống giàn giáo ................................... 25
Hình 1.27: Các tao cáp được đặt vào neo dưới sẵn sàng cho việc căng kích ............... 25
Hình 1.28: ISOTENSION Chair ................................................................................ 25
Hình 1.29: Kích đơn.................................................................................................. 25
Hình 1.30: Trình tự căng cáp và giá trị lực căng của từng tao .................................... 25
Hình 1.31: Hệ thống ISOTENSION .......................................................................... 25
-4-
Hình 1.32: Hệ thống ISOTENSION .......................................................................... 26
Hình 1.33: Bảo vệ đầu neo ........................................................................................ 26
Hình 2.1: Một đơn vị đoạn cáp .................................................................................. 29
Hình 2.2: Một đơn vị đoạn cáp trong hệ trục tọa độ ................................................... 30
Hình 2.3: Một đoạn cáp có chiều dài L là tự căng T .................................................. 32
Hình 2.4:Đoạn cáp có chiều dài L ............................................................................. 32
Hình 2.5:Đoạn cáp bất kỳ .......................................................................................... 33
Hình 2.6: Một đoạn cáp có chiều dài L là tự căng T .................................................. 34
Hình 2.7: Xét đoạn cáp AB chịu lực căng T .............................................................. 35
Hình 2.8: Một đoạn cáp có chiều dài L là tự căng T đặt nghiêng ............................... 37
(trọng lượng bản thân là w, chiếu lên AB là wn)........................................................ 37
Hình 2.9: Mô hình dầm hẫng ..................................................................................... 38
Hình 2.10: Mô hình dầm hẫng và cáp đơn ................................................................. 39
Hình 2.11: Mô hình độ cứng tương đương của dây khi xét cho dầm .......................... 39
Hình 2.12: Mô hình lò xo tương đương để tính toán cho dầm .................................... 40
Hình 2.13: Mô hình giải bài toán lò xo lương đương ................................................. 40
Hình 2.14: Mô hình dầm ........................................................................................... 41
Hình 2.15: Mô hình dầm có lực F tác dụng ................................................................ 42
Hình 2.16: Mô hình dầm có lực F và w tác dụng ....................................................... 42
Hình 2.17: Mô hình dầm thay thế lực F bằng gối đàn hồi .......................................... 43
Hình 2.18: Mô hình độ cứng tương đương của dây khi xét cho dầm .......................... 46
Hình 2.19: Chiều dài đặc trưng của cáp ..................................................................... 48
Hình 2.20: Mô hình dầm chịu tác dụng của b ........................................................... 49
Hình 2.21: Mô hình dầm chịu tác dụng của P ............................................................ 49
Hình 2.22: Xét cho ½ dầm ........................................................................................ 50
Hình 2.23: Mô hình phần tử dầm + cáp ..................................................................... 50
Hình 2.24: Mô hình phần tử dầm + lò xo tương đương .............................................. 51
Hình 2.25: Giao diện của chương trình tính toán căng cáp từng tao ........................... 59
Hình 2.26: Chi tiết mô đun file .................................................................................. 59
Hình 2.27: Mô đun Data của chương trình căng cáp từng tao .................................... 59
Hình 2.28: Khai báo các thông số về tính chất vật liệu............................................... 60
Hình 2.29: Khai báo các thông số về tính chất của Cáp ............................................. 61
Hình 2.30: Mô đun Analysis: Phân tích bài toán ........................................................ 61
Hình 2.31: Bảng kết quả của bài toán ........................................................................ 62
Hình 2.32: Kết quả và biểu đồ khi đưa ra Excel ......................................................... 62
-5-
Hình 3.1: Sơ đồ cầu Kiền .......................................................................................... 64
Hình 3.2: Bảng khai báo thông số vật liệu của cáp..................................................... 65
Hình 3.3: Bảng khai báo thông số của cáp ................................................................. 66
Hình 3.4: Sơ đồ tính độ cứng ban đầu của kết cấu ..................................................... 66
Hình 3.5: Khi phân tích kết thúc ................................................................................ 67
Hình 3.6: Kết quả của bài toán .................................................................................. 67
Hình 3.7: Kết quả của bài toán khi chuyển sang File Excel ........................................ 68
Hình 3.8: Bảng khai báo thông số vật liệu của cáp..................................................... 68
Hình 3.9: Bảng khai báo thông số của cáp ................................................................. 69
Hình 3.10: Sơ đồ tính độ cứng ban đầu của kết cấu ................................................... 69
Hình 3.11: Khi phân tích kết thúc .............................................................................. 70
Hình 3.12: Kết quả của bài toán ................................................................................ 70
Hình 3.13: Kết quả của bài toán khi chuyển sang File Excel ...................................... 71
-6-
PHẦN MỞ ĐẦU
Công nghệ căng từng tao cáp đã được dụng ở Việt Nam với việc tính toán
thi công căng cáp là do các nhà thầu nước ngoài thực hiện, vấn đề căng cáp từng
tao vẫn là ẩn số chưa biết, do vậy việc nghiên cứu công nghệ và tính toán căng
cáp là công việc cần thiết tạo điều kiện cho việc phát triển cầu, đặc biệt là cầu
dây văng nhịp lớn.
Với lực căng trong bó cáp đã được tính toán trong quá trình điều chỉnh nội
lực theo từng giai đoạn thi công, tiến hành căng từng tao cáp, mỗi tao sẽ được
căng đến một giá trị nào đó theo nguyên tắc lực căng trong từng tao cáp là bằng
nhau. Lực căng của cả bó cáp sau khi căng sẽ đạt giá trị đã được tính toán. Xem
xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tính toán căng cáp.
Cùng với nhu cầu xây dựng ngày càng nhiều các công trình cầu lớn, thì
cầu dây văng mà trong đó việc tính toán điều chỉnh dây giữ một vai trò mấu
chốt trong công nghệ thi công. NỘI DUNG BÁO CÁO NÀY tập trung nghiên
cứu mô hình dây văng và giải bài toán tính toán căng cáp văng.
Phương pháp nghiên cứu:
Dựa trên phương pháp phân tích lý thuyết, lập chương trình tính toán
căng cáp văng theo công nghệ căng từng tao với mục tiêu đạt được là: Tổng lực
căng trong bó cáp bằng lực căng yêu cầu, lực căng trong bó cáp là bằng nhau.
-7-
Chương 1
Tổng quan về công nghệ căng cáp trong
cầu dây văng
1.1 Khái niệm về công tác căng cáp cầu dây văng
Biện pháp căng cáp văng đã và đang được áp dụng trong cầu dây văng ở
Việt Nam và các nước trên thế giới là:
Dạng 1: Lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn: Với các dây văng làm từ
các bó cáp lớn như cáp cứng, cáp kín, cáp có sợi song song... thường sử dụng hệ
neo đúc, neo VSL, neo Freyssinet.... Đặc điểm của các bó lớn là neo được gắn
liền vào hai đầu dây, nên chiều dài căng chỉnh nhỏ, việc tính toán chiều dài và
cắt dây yêu cầu rất chính xác. Bó dây lớn, chiều dài và trọng lượng lớn, dây lại
bị võng dưới tác dụng của trọng lượng bản thân.
Các bó lớn như vậy thường được lắp đặt trên một hệ giàn giáo đặc biệt
dọc theo tuyến dây. Có thể làm hệ giàn giáo cứng hoặc giàn giáo treo bằng dây
cáp, neo vào tháo cầu và dầm chủ dạng một thang dây. Dựa vào giàn giáo, dùng
một bộ tời và múp để lắp neo thứ nhất vào ổ trên, neo thứ hai được lắp vào ổ kia
nhờ một bộ kích đặc biệt có khả năng túm và kéo dây để đưa neo vào ổ dưới.
Sau khi lắp xong các dây, dùng một hệ kích đặc biệt để căng điều chỉnh
nội lực. Tuỳ theo cấu tạo, việc hãm neo có thể thực hiện nhờ các con nêm hoặc
ốc hãm.
Trường hợp lắp các dây văng lớn và dài, để giảm độ võng của dây cáp
giàn giáo, có thể bố trí thêm các trụ đỡ dọc theo tuyến của giàn giáo treo.
Việc chế tạo sẵn các bó cáp có chiều dài được tính toán trước trong quá
trình thiết kế điều chỉnh nội lực. Với chiều dài định được tính toán trước như
vậy, khi thi công đảm bảo độ chính xác thì lực căng trong các bó cáp sẽ đúng
với thiết kế.
Hình 1.1: Công trình Cầu Bính lắp đặt dây văng từ các bó cáp lớn
Kết quả là đảm bảo trắc dọc hoặc biều đồ mô men hợp lý như mục tiêu
của quá trình điều chỉnh nội lực.
-8-
Dạng 2: Lắp đặt dây văng từ các tao cáp bẩy sợi (tao đơn)
Sử dụng tao cáp 7 sợi và dùng hệ neo kẹp ba mảnh hình nêm để cấu tạo
nên các dây văng tạo thuận tiện cho việc lắp đặt dây văng.
Mỗi bó dây gồm nhiều tao cáp 7 sợi đặt song song, mỗi tao được neo
riêng vào một lỗ trong ổ neo, nên các tao cáp có thể lắp đặt riêng từng sợi. Mỗi
tao cáp gồm 7 sợi nhỏ, trọng lượng nhẹ nên có thể lắp trực tiếp không cần giàn
giáo, hơn nữa đối với hệ neo kẹp thì không cần chế tạo đầu neo trước ở hai đầu,
nên dây không cần cắt chính xác mà có thể cắt dài tuỳ ý, do đó việc xỏ dây có
độ dài lớn qua neo rất đơn giản.
Các tao cáp được lắp từng sợi một, thông thường lắp đầu trên trước, đầu
dưới sau, lắp xong tao nào tiến hành căng sơ chỉnh và đóng neo tao đó. Khi
căng các tao sau cần xét ảnh hưởng mất mát ứng suất cuả các tao trước nhằm
tạo lực căng đồng đều trong các tao. Sau khi căng tất cả căng tao việc vi chỉnh
được tiến hành bằng cách căng cả bó.
Việc khống chế lực căng từng tao và tạo lực đồng đều trong các sợi có
thể áp dụng công nghệ căng đơn của Freyssinet
Lực căng từng tao và từng bó cần theo đúng chỉ dẫn của thiết kế. (Báo
cáo nàysẽ tập trung nghiên cứu tính toán thiết kế lực căng của từng tao)
Việc khống chế lực căng thực tế trong các bó cáp được thực hiện bằng
nhiều cách để kiểm tra kết quả của nhau. Các biện pháp định lượng lực căng có
thể như sau: Theo chỉ số lực trên kích, độ dãn dài của bó cáp khi căng, gắn
sensor đo lực bó dây.
Các sensor có thể thông báo kết quả của sự thay đổi nội lực của các bó
kéo trước khi căng các bó sau, đồng thời cũng cho biết sự thay đổi nội lực trong
từng dây khi căng điều chỉnh nội lực.
Hình 1.2: Mô hình căng cáp từng tao
Với lực căng trong bó cáp đã được tính toán trong quá trình điều chỉnh nội lực
theo từng giai đoạn thi công, tiến hành căng từng tao cáp, mỗi tao sẽ được căng
-9-
đến một giá trị nào đó theo nguyên tắc lực căng trong từng tao cáp là bằng nhau.
Lực căng của cả bó cáp sau khi căng sẽ đạt giá trị đã được tính toán.
1.2 Một số công nghệ căng cáp trong các cầu dây văng ở Việt
Nam
1.2.1 Công nghệ căng cáp văng cầu Kiền
1.2.1.1 Vị trí
Cầu Kiền, lý trình Km20+1,986, nằm trên Quốc lộ 10, thuộc đoạn Ninh Bình
đến Bí Chợ, vượt qua sông Cấm, thuộc thành phố Hải Phòng.
1.2.1.2 Tiêu chuẩn Kỹ thuật
Cầu được thiết kế vĩnh cửu theo tiêu 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
chính. Độ dốc ngang cầu là 2%.
Khổ thông thuyền B xH = 80 x 25 (m).
Mực nước thiết kế: H1% = 2,5m và H5% = 2,28m.
Cầu thiết kế theo Tiêu chuẩn 22TCN 18-79.
1.2.1.3 Phương án kết cấu
Cầu có tổng chiều dài 1186 m (tính khoảng cách hai tường đầu mố) với phần
cầu dẫn mỗi bên dài 408m và phần cầu chính dài 370m.
Cầu chính có sơ đồ: (85 + 200m + 85)m liên tục, gồm 2 trụ tháp
Dầm chủ phần cầu chính:
Dầm liên tục 3 nhịp, bố trí 2 mặt phẳng dây văng. Dầm dạng hộp 3 khoang. Tại
mặt cắt trụ có tổng chiều rộng là 15,1m . Tại mặt cắt giữa nhịp là 16,7m.
Trụ tháp:
Gồm hai trụ tháp có chiều cao tính từ đáy kết cấu nhịp là 51,5m, tính từ
mặt cắt bệ móng là 79,5m. Trụ tháp bằng BTCT có phần từ đỉnh bệ móng đến
đáy kết cấu nhịp dạng đặc. Phần trên được chia làm 2 nhánh để neo mặt phẳng
cáp, mỗi nhánh rộng 2m theo phương ngang cầu, 2,5m theo phương dọc cầu,
cách nhau 8m tại vị trí đỉnh tháp. Hai nhánh được liên kết với nhau bằng một
dầm ngang có chiều rộng là 10,55m .
Trụ tháp đặt trên bệ móng có kích thước 26x20,5x4,5 (m) đặt trên 20 cọc
khoan nhồi L = 30,5m có đường kính D = 2m .
Dây văng
-10-
Dây văng sử dụng loại bó cáp gồm các tao 15,2mm của hãng VSL, gồm
36 dây được bố trí thành 2 mặt phẳng dàn dây dạng hỗn hợp.
Khoảng cách giữa các đầu neo trên tại vị trí trụ tháp là 4m và tại vị trí liên kết
với dầm ở nhịp biên là 8,5m và ở nhịp giữa là 10m.
Mố
Mố A1 là mố chữ U BTCT kiểu Nhật, đặt trên 12 cọc khoan nhồi L =
40,5m , đường kính 1m. Bệ móng có kích thước 15,1x7,5 (m).
Mố A2 là mố chữ U BTCT kiểu Nhật, đặt trên 12 cọc khoan nhồi L =
40,5m , đường kính 1m. Bệ móng có kích thước 15,1x7,5 (m).
Trụ
Có 24 trụ dạng thân đặc dạng vát ngược bằng BTCT. Bệ móng có kích
thước 5x7,5x2 (m) đặt trên các cọc khoan nhồi đường kính D = 1m.
1.2.1.4 Công nghệ căng cáp văng
Cầu Kiền sử dụng cáp và hệ thống ống cáp của VSL cho các dây văng
Đặc điểm của hệ thống cáp VSL là:
Cường độ của 2x106 vòng là 200 MPa với 45% GUTS, cường độ tới hạn là
95% GUTS. Các tao cáp được bọc kín
Các ưu điểm chính là: Các tao cáp có thể được thay thế riêng rẽ hoặc toàn bộ
bó. Neo được chế tạo sẵn và cố định trước. Tối ưu hoá tao cáp bởi căng, lắp đặt
tao cáp. Hệ thống cáp có sử dụng hệ thống giảm chấn.
Cấu tạo đầu cáp phía nhịp và phía tháp như hình vẽ:
èng nèi HDPE
víi mÆt cÇu
èng h×nh c«n
Bé chuyÓn híng
èng c¸p HDPE
èng dÉn ®îc m¹ kÏm
§Çu neo ®îc l¾p
víi ®ai ngoµi
C¸c tao c¸p ®îc
bäc vá PE vµ
mì b¶o dìng
Nép chuyÓn ®æi víi èng
nèi dµi vµ ®îc bÞt kÝn riªng Cã thÓ m¹ kÏm
L= 150 mm
N¾p b¶o vÖ
TÊm ®Öm
Hình 1.3: Cấu tạo neo cáp tại phía dầm
-11-
èng c¸p HDPE
Vßng nèi th¸p
èng dÉn ®îc m¹ kÏm
§Çu neo ®îc l¾p
víi ®ai ngoµi
B¶n ®Öm
èng co gi·n
víi mÆt bÝch
C¸c tao c¸p ®îc
Bé chuyÓn híng bäc vá PE vµ
mì b¶o dìng
Nép chuyÓn ®æi víi èng
Cã thÓ m¹ kÏm
nèi dµi vµ ®îc bÞt kÝn riªng
L= 500 hoÆc 700 mm
N¾p b¶o vÖ
Hình 1.4: Cấu tạo neo tại phía tháp
Công nghệ lắp đặt từng tao cáp:
- Hệ thống tời VSL
Hình 1.5: Hệ thống tời chuyên dụng của hãng VSL
- Lắp đặt các tao cáp:
-12-
Hình 1.6: Mô hình căng cắp từng tao áp dụng cho cầu Kiển
- Kéo cáp và lắp đặt hệ neo:
Hình 1.7a: Cuộn cáp
Hình 1.7c: Kéo con suốt đã gán tao
cáp vào bó cáp văng
Hình 1.7b: Lắp đặt tao cáp vào con suốt
Hình 1.7d: Lắp đầu cáp phía dưới vào
neo
- Căng cáp và điều chỉnh lực căng:
-13-
BiÕn d¹ng th¸p
Nh©n tè thay ®æi ¶nh hëng ®Õn lùc c¨ng c¸p
Chïng d©y
BiÕn d¹ng dÇm
Hình 1.8: Các nhân tố ảnh hưởng đến lực căng cáp
- Mối quan hệ giữa lực căng tổng thể trong cáp và số bó cáp được căng:
Mục tiêu của quá trình căng từng tao cáp là lực căng trong các tao cáp bằng
nhau và lực căng của cả bó cáp phải đạt giá trị tính toán trong quá trình điều
chỉnh nội lực.
kN
kN
KÕt qua cuèi cïng
60
60
Lý thuyÕt c¬ b¶n
Sai sè ®¹t ®îc ngoµi hiÖn trêng
lµ +/- 0.5% khi hoµn thµnh
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
1
1
5
10
15
20
Strand No.
25
5
10
15
20
Strand No.
30
Hình 1.9: Mối quan hệ giữa lực căng tổng thể trong cáp văng
và số bó cáp được căng
- Thực hiện căng cáp ngoài hiện trường:
-14-
25
30
Hình 1.10: Dùng kích có đồng hồ đo lực để căng tao cáp
- Thiết bị căng cáp có đo lực căng của tao đang căng:
Hình 1.11: Cấu tạo kích có đồng hồ đo lực
- Thiết bị đo và căng từng tao tự động:
Hình 1.12: Thiết bị đo lực căng của hãng VSL
-15-
1.2.2 Công nghệ căng cáp văng cầu Bính
1.2.2.1 Vị trí
Cầu Bính nằm ở sông Cấm cách phà Bính 1km về phía thượng lưu, phía Nam
nối với đường quốc lộ 5, phía Bắc nối với quốc lộ 10 thuộc thành phố Hải
Phòng.
1.2.2.2 Tiêu chuẩn Kỹ thuật
Cầu được thiết kế vĩnh cửu theo bộ Tiêu chuẩn riêng dựa trên:
Tiêu chuẩn Phần Lan
Tiêu chuẩn AASHTO
Tiêu chuẩn Nhật Bản
Tải trọng thiết kế : - Tải trọng trục 210 KN
- Tải trọng rải đều 3 KN/m2
Khổ cầu: 22,5m (15m đường xe chạy)
Độ dốc dọc: 4%; Đường cong đứng R=4000m
Độ dốc ngang: 2%, Đường cong nằm R=3500m
Khổ thông thuyền: 25x125m; Mực nước thiết kế: 2,11m
1.2.2.3 Phương án kết cấu
Cầu có tổng chiều dài 1280 m (tính khoảng cách hai tường đỉnh của mố) với
phần cầu dẫn mỗi bên dài 410m và phần cầu chính dài 460m.
Sơ đồ cầu: (50+6x60+100+260+100+6x60+50)m
Cầu chính là cầu dây văng có sơ đồ: (100 + 260m + 100)m liên tục, gồm 2 trụ
tháp
Dầm chủ phần cầu chính:
Dầm liên tục, bố trí 2 mặt phẳng dây văng. Dầm thép I liên hợp cao 1,75m, gồm
2 dầm chủ với khoảng cách các dầm là 20,5m đối với nhịp giữa và 18,5m đối
với nhịp biên
Trụ tháp
Gồm hai trụ tháp có chiều cao tính từ đáy kết cấu nhịp là 77,622m, tính
từ mặt cắt bệ móng là 101,6m. Trụ tháp bằng BTCT có phần từ đỉnh bệ móng
đến đỉnh kết cấu nhịp dạng đặc. Phần trên được chia làm 2 nhánh để neo mặt
phẳng cáp, mỗi nhánh rộng 3m theo phương ngang cầu, 2,5m theo phương dọc
cầu, cách nhau 8,18 m tại vị trí đỉnh tháp. Hai nhánh được liên kết với nhau
bằng một dầm ngang có chiều rộng trung bình là 8,104m .
Trụ tháp đặt trên bệ móng có kích thước 44,834x17,5x5,5 (m) đặt trên 29
cọc khoan nhồi L = 42,6 và 43,6m có đường kính D = 2m .
Dây văng
-16-
Dây văng sử dụng loại bó cáp song song gồm các sợi thép cường độ cao
7mm (số sợi thép từ 85~241), gồm 40 dây được bố trí thành 2 mặt phẳng dàn
dây.
Khoảng cách giữa các đầu neo trên tại vị trí trụ tháp là 3,62m và tại vị trí liên
kết với dầm ở nhịp biên 4~12m và ở nhịp giữa là 12m.
Mố
Mố S1 là mố BTCT, đặt trên 12 cọc ống thép nhồi bê tông L = 39~41m,
đường kính 0,8m. Bệ móng có kích thước 24, 0x4,9 (m).
Mố S18 là mố BTCT, đặt trên 13 cọc ống thép nhồi bê tông L = 36~38m,
đường kính 0,8m. Bệ móng có kích thước 24, 0x4,9 (m)
Trụ
Có 16 trụ dạng thân đặc bằng BTCT. Bệ móng của trụ tháp đặt trên các
cọc khoan nhồi đường kính D = 2m, bệ móng của các trụ còn lại đặt trên cọc
ống thép nhồi bê tông.
1.2.2.4 Công nghệ căng cáp
Công nghê lắp đặt và căng cáp Cầu Bính là: Lắp đặt dây văng từ các bó cáp
lớn: Với các dây văng làm từ các bó cáp kín sử dụng hệ neo đúc. Đặc điểm của
các bó lớn là neo được gắn liền vào hai đầu dây, nên chiều dài căng chỉnh nhỏ,
việc tính toán chiều dài và cắt dây yêu cầu rất chính xác. Bó dây lớn, chiều dài
và trọng lượng lớn, dây lại bị võng dưới tác dụng của trọng lượng bản thân.
Các bó lớn như vậy thường được lắp đặt trên một hệ giàn giáo đặc biệt dọc
theo tuyến dây. Có thể làm hệ giàn giáo cứng hoặc giàn giáo treo bằng dây cáp,
neo vào tháo cầu và dầm chủ dạng một thang dây. Dựa vào giàn giáo, dùng một
bộ tời và múp để lắp neo thứ nhất vào ổ trên, neo thứ hai được lắp vào ổ kia nhờ
một bộ kích đặc biệt có khả năng túm và kéo dây để đưa neo vào ổ dưới.
Sau khi lắp xong các dây, dùng một hệ kích đặc biệt để căng điều chỉnh nội
lực. Tuỳ theo cấu tạo, việc hãm neo có thể thực hiện nhờ các con nêm hoặc ốc
hãm.
Trường hợp lắp các dây văng lớn và dài, để giảm độ võng của dây cáp giàn
giáo, có thể bố trí thêm các trụ đỡ dọc theo tuyến của giàn giáo treo.
Việc chế tạo sẵn các bó cáp có chiều dài được tính toán trước trong quá trình
thiết kế điều chỉnh nội lực. Với chiều dài định được tính toán trước như vậy, khi
thi công đảm bảo độ chính xác thì lực căng trong các bó cáp sẽ đúng với thiết
kế.
Kết quả là đảm bảo trắc dọc hoặc biều đồ mô men hợp lý như mục tiêu của
quá trình điều chỉnh nội lực.
-17-
Trong trường hợp này việc tính toán căng cáp chính là kết quả của quá trình
tính toán điều chỉnh nội lực
1.2.3 Công nghệ căng cáp văng cầu Bãi Cháy
1.2.3.1 Vị trí
Cầu dây văng Bãi Cháy thuộc gói thầu BC2 của dự án xây dựng cầu
Bãi Cháy bắc qua eo Cửa Lục nằm chính giữa Quốc lộ 18 nối liền thủ đô Hà
Nội với khu vực Đông Bắc của đất nước, bắt đầu từ sân bay quốc tế Nội Bài
và kết thúc tại Bắc Luân gần cửa khẩu Trung Quốc. Cầu Bãi Cháy thuộc
thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh với thời gian xây dựng từ tháng 8/2003
đến tháng 9/2006.
1.2.3.2 Tiêu chuẩn Kỹ thuật
Cầu được thiết kế vĩnh cửu theo tiêu chuẩn JBHB-96 cùng với
phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn.
Cầu được thiết kế với cấp đường đô thị loại II (vận tốc 80km/h).
Khổ cầu 2x8,0 + 2x2,5m.
Cầu có độ dốc dọc là 4%, bán kính cong trên mặt bằng R = . Độ dốc
ngang cầu là 2%.
Khổ thông thuyền B xH = 50x200m tính từ mực nước biển cao nhất.
Tuổi thọ thiết kế của công trình là 100 năm.
1.2.3.3 Phương án kết cấu
Cầu có tổng chiều dài 903m với chiều dài phần dầm là 902,5m.
Cầu chính có sơ đồ: (35,0 + 86,0 + 129,5 + 435,0 + 129,5 + 86,0)m gồm 6 nhịp
liên tục, gồm 2 trụ tháp.
Dầm chủ:
Dầm chủ liên tục 6 nhịp, bố trí 1 mặt phẳng dây văng. Dầm chủ bằng
BTCT DƯL dạng 1 hộp đơn hình thang ngược có cánh hẫng dài 5,25m, thành
hộp dày 350mm nghiêng góc 45o theo phương nằm ngang, bản đáy hộp dày
200mm. Dầm chủ nối cứng với trụ tháp.
Dầm chủ có hai ống thép tăng cường được neo với bản sườn dầm chủ
bằng các thanh cốt thép DƯL D=26mm. Mặt cắt ngang thay đổi: tại vị trí có neo
cáp dây văng có dạng ống hình vuông kích thước 250x250x16mm bên trong bố
trí cốt thép DƯL loại 12S15,2; tại các vị trí khác có dạng ống hình tròn
D267x9mm.
Dầm ngang tại khối đỉnh trụ P2 và P5 có chiều dài theo phương dọc cầu
2,5m.
-18-
Trụ tháp
Gồm hai trụ tháp bằng BTCT DƯL có chiều cao tính từ mặt dầm chủ là
90m, tính từ mặt cắt bệ móng là 114,145m. Phần tháp dạng cột đơn lòng rỗng có
kích thước theo phương ngang cầu là 3m và theo phương dọc cầu thay đổi từ
6,7m đến 5,2m . Phần trụ dạng hình bát giác có vát góc kích thước 8x8m. Trên
phần thân trụ tháp cao 5m tính từ mặt dầm chủ có lớp vỏ bằng thép để bảo vệ bê
tông trụ tháp tránh bị bong vỡ dưới tác dụng của tải trọng tai biến do xe cộ.
Trụ tháp P3 đặt trên móng giếng chìm hơi ép có kích thước 22x18x12m.
Trụ tháp P4 đặt trên móng giếng chìm hơi ép có kích thước 19x17x26m.
Dây văng
Dây văng sử dụng loại bó cáp tao đơn đặt trong ống nén của hãng
Freyssinet, gồm 28 cặp dây văng được bố trí thành 1 mặt phẳng dàn dây dạng rẻ
quạt đối xứng từ mỗi trụ tháp. Số lượng các bó cáp thay đổi từ 35 đến 71 tao
loại 15,7mm.
Khoảng cách giữa các đầu neo trên tại vị trí trụ tháp là 1,75m và tại vị trí liên
kết với 6,5m.
Mố
Mố A1 là mố chữ U BTCT kiểu Nhật, đặt trên 4 cọc Shin-so L = 15m ,
đường kính 3m. Bệ móng có kích thước 25,3x4,2x2,5 (m).
Trụ
Có 4 trụ dạng thân đặc dạng hình chữ nhật vát góc bằng BTCT DƯL.
Mặt cắt ngang thân trụ 8,5x2,5m. Trụ P1 và P6 đặt trên móng cọc Shin-so, trụ
P2 đặt trên móng giếng chìm hơi ép. Đặc điểm cụ thể của từng trụ như sau:
Trụ P1: chiều cao 21m tính từ đỉnh bệ móng có kích thước 16x10m. Đặt
trên móng cọc Shin-so D = 2,5m với 2 cọc L = 9,0m và 2 cọc L = 9,5m. Trên
đỉnh trụ có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông.
Trụ P2: chiều cao 41m tính từ đỉnh giếng chìm. Móng giếng chìm có
kích thước 11,5x6x12m. Trên đỉnh trụ có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và
thiết bị chống phản lực âm.
Trụ P5: chiều cao 3m tính từ đỉnh bệ móng có kích thước 16x4,2m. Đặt
trên móng cọc Shin-so D = 3m với 1 cọc L = 9,0m và 2 cọc L = 10m. Trên đỉnh
trụ có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và thiết bị chống phản lực âm.
Trụ P6A: thân trụ 8,9x3x11m tính từ đỉnh bệ móng có kích thước
16x2,5m. Đặt trên móng cọc Shin-so D = 3m với 3 cọc L = 10,5m. Trên đỉnh trụ
có bố trí gối cầu, chốt chặn bêtông và thiết bị chống phản lực âm. Trên đỉnh trụ
đặt kết cấu nhịp của cầu dây văng (về phía Bãi Cháy) và kết cấu nhịp của cầu
dẫn số 5 (về phía Hòn Gai).
-19-
1.2.3.4 Công nghệ lắp đặt và căng cáp Cầu Bãi Cháy – Quảng Ninh
- Tao cáp được sử dụng: cường độ chịu kéo tới hạn:GUTS tiêu chuẩn =
1770MPa, GUTS đặc biệt =1860 MPa.
Hình 1.13: Cấu tạo tao cáp sử dụng cho cầu Bãi Cháy
- Hệ thống neo cáp
Neo víi nªm
®¬n
hép chøa chÊt láng linh ®éng
12 ®Õn 300 tao c¸p
®o¹n gi¶m
øng suÊt do
uèn
Hình 1.14: Cấu tạo đầu neo cáp
- Hệ thống phòng nước:
-20-
§ai èc
chØnh
- Xem thêm -
.PDF 
73 
295 
95 
