GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

PHƯƠNG ÁN III - THIẾT KẾ KỸ THUẬT - CẦU DÂY XIÊN DẦM CỨNG
PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN CHỌN - THIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU TREO DÂY XIÊN
DẦM CỨNG
XÁC ĐỊNH QUI MÔ CẦU DÂY VĂNG CẦN NGHIÊN CỨU
Phương án III - cầu dây xiên dầm cứng được thiết kế với các thông số kỹ thuật chủ yếu :
-

Kết cấu nhòp
Sơ đồ hệ 3 nhòp chính kết hợp với các nhòp dẫn: l = 2 x 33 + 58 + 122 + 58+ 2 x 33m
Khổ cầu : 9 + 2 x 1m
+

Sơ đồ dây xiên : dùng sơ đồ dây hình rẽ quạt, hai mặt phẳng dây.

+

Số lượng dây - chiều dài khoang : dây nhiều - khoang nhỏ.

14 CỌC KHOAN NHỒI
D = 120cm , L = 29.0m

MA

T1

T4

T2

+
-

-

T3

TH2

MB

T3

Nhòp biên : 8 dây, khoảng cách các dây : 7 x 7m + 9m
Nhòp chính : 8 dây, khoảng cách các dây : 7 x 7m + 9m
Chiều dài đoạn hợp long : 6m
Tổng chiều dài nhòp cầu dây văng :
370
m
Nhòp dẫn : Dầm đònh hình I33m

+ Góc nghiêng dây thoải nhất : 25o
Dầm cứng : gồm hai dầm chủ, tiết diện hình chữ nhật. Dầm ngang tiết diện chữ T
Chiều cao dầm chủ : 140cm
Chiều rộng dầm chủ : 90cm
Chiều cao dầm ngang : 75cm
Chiều dày dầm ngang : 60 cm
Chiều dày bản mặt cầu : 25cm

Bản mặt cầu liên kết toàn khối với dầm chủ và dầm ngang, khoảng cách giữa các dầm ngang
chọn = 3.5m. Chiều dài toàn bộ của kết cấu dây văng là 224m, như vậy có tất cả 224/3.5 = 64
dầm ngang. Đường người đi bố trí cùng mức với đường xe chạy, có dải phân cách cứng giữa
phần người đi và phần xe chạy.

Tháp cầu :
Tháp dạng hình thang gồm hai cột BTCT tiết diện hộp ngàm trực tiếp vào móng.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 1


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

Chiều cao tháp : 25.6m (tính từ mặt cầu).
Khoảng cách giữa hai cột trên đỉnh : 11.20m
Khoảng cách giữa hai cột dưới chân : 21.6m
Theo phương ngang tháp được liên kết thành khung cứng tại hai vò trí : đỉnh tháp và dầm chủ.
Tiết diện tháp thay đổi theo cả hai phương dọc và ngang.
-

Trụ cầu :

Cấu tạo trụ cầu kiểu thân hẹp, thân trụ gồm hai đốt có kích thước mặt cắt ngang khác nhau
bằng bêtông toàn khối M200
-


Mố cầu :

Mố dạng mố vùi đỡ kết cấu nhòp dầm I33m. Mố có bản quá độ, chiều dài bản lb = 6m, chiều
rộng bản = 12m, chiều dày bản = 25cm bằng BTCT, một đầu tựa trên vai kê tường trước, một
đầu tựa trên thanh kê.
-

-

Kết cấu bên dưới :

Đòa chất khu vực xây dựng cầu tương đối ổn đònh, lớp dất chòu lực nằm ở vò trí khoảng 20 25m so với mặt đất thiên nhiên, nên ở vò trí mố và trụ nhòp dẫn sử dụng móng cọc đóng 35 x
35, còn vò trí trụ tháp sử dụng móng cọc khoan nhồi Þ120.
Dây văng :
Dùng cáp sợi xoắn Þ15.2 có :
Cường độ tính toán R =
Diện tích tiết diện A =

18600

kg/cm2

0.00014

m2

Modyn đàn hồi E =
18000000 t/m2
Tất cả các kích thước của : sơ đồ nhòp, mố trụ câàu , tháp cầu, dây xiên ... được thể hiện như hình vẽ.


MẶT CẮT NGANG NHỊP CHÍNH

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Tỷ lệ : 1/50

MỐ CẦU

MẶT CẮT NGANG NHỊP DẪN

Trang 2


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Tỷ lệ : 1/50

MỐ CẦU

Đồ án tốt nghiệp

D

C
D

C

MỐ CẦU


TRỤ NHỊP DẪN

Tỷ lệ : 1/100

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 3


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

PHẦN II
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU TREO DÂY XIÊN KIỂU DÂY RẼ QUẠT
I- ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁNCẦU TREO DÂY XIÊN DẦM CỨNG
- Hệ thống cầu treo dây xiên dầm cứng là hệ thống nhiều bậc, khi tính toán có thể coi các dây
xiên luôn luôn chòu ứng suất kéo trước do tónh tải, vì thế dưới tác dụng của hoạt tải đặt tại các
vò trí khác nhau có thể tạo ra ứng suất ngược lại trong dây xiên. Với quan niệm cho rằng ứng
suất ngược dấu do hoạt tải chỉ làm giảm trò số ứng suất kéo trong dây xiên ở một mức độ nào
đó thì có thể giả thiết xem dây xiên như những thanh cứng, chòu lực cả hai dấu và đảm bảo tính
biến dạng hình học của hệ trong bất kỳ cách đặt tải nào.
Số bậc siêu tónh được xác đònh bằng công thức :
i = K + 2n -a - 3

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 4



GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

K : tổng số dây xiên và dây neo.
n : tổng số gối của dầm cứng
a : số gối di động hoặc số chốt, bao gồm cả gối di động đặt trên cột tháp.
- Bài toán cầu dây xiên trở thành bài tóan kết cấu với sơ đồ không biến dạng, áp dụng các
phương pháp quen thuộc trong lý thuyết cơ kết cấu để giải.
- Đường lối chung để giải quyết bài toán về mặt tónh học là :
 Chọn hệ cơ bản : giải phóng các dây xiên và liên kết thừa.
 Xây dựng các đường ảnh hưởng :
+ Đường ảnh hưởng nội lực trong các dây xiên
+ Đường ảnh hưởng momen uốn trong dầm cứng ở tất cả các mặt cắt đặc trưng. Cụ thể
là các mặt cắt có gối tựa và điểm liên kết dây treo.
+ Đường ảnh hưởng lực cắt trong dầm cứng tại tất cả các mặt cắt đặc trưng.
+ Đường ảnh hưởng độ võng ở các mặt cắt đzặc trưng dầm cứng.
 Xếp tải lên đường ảnh hưởng , tính các giá trò nội lực tương ứng với các trường hợp đặt tải,
xác đònh nội lực, độ võng lớn nhất và nhỏ nhất tương ứng của các bộ phận kết cấu.
 Chọn kích thước tiết diện mặt cắt ngang của dây xiên, dầm cứng và các bộ phận chi tiết
khác. Kiểm tra điều kiện an toàn của kết cấu sau khi đã bố trí vật liệu.
II- CÔNG TÁC ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC :

1- Nộ
điềnug chỉnh
nộci như
lực :một dầm liên tục tựa trên các gối đàn hồi và gối cứng, khi chòu
dây vă
Cầui dung
làm việ

- tónh tải, dầm chủ bò biến dạng và bò võng. Độ võng do tónh tải làm sai lệch trắc dọc và độ dốc
thiết kế, ảnh hưởng xấu đến hình dạng kiến trúc, các chỉ tiêu khai thác và gây momen lớn
trong dầm cứng.
- Nếu bằng biện pháp kéo các dây văng, ta đưa độ võng của các nút neo dây bằng không thì khi
chòu tónh tải thì sơ đồ dầm sẽ làm việc như một dầm liên tục kê trên gối cứng.
- Bản chất của việc điều chỉnh là tạo một trạng thái biến dạng và nội lực ngược chiều với trạng
thái do tải trọng gây ra, tổng tác động do tải trọng và do điều chỉnh sẽ được một trạng thái tốt
nhất gọi là trạng thái hoàn chỉnh. Mục tiêu của trạng thái hoàn chỉnh có thể là :
+ Cao độ các nút dây neo ở vò trí hợp lý nhất dưới tác dụng của tónh tải.
+ Biểu đồ momen uốn trong dầm chủ có lợi nhất dưới tác dụng của tónh tải, hoạt tải và các
ảnh hưởng thứ cấp (co ngót, từ biến bêtông, biến dạng theo thời gian của dây).
- Cầu treo dây văng là hệ siêu tónh bậc cao nên việc điều chỉnh nội lực nhằm cực tiểu hóa
momen uốn tổng thể trong dầm cứng là việc không thể bỏ qua và việc làm này có hiệu quả rất
cao. Trong nhiều trường hợp điều chỉnh nội lực có thể triệt tiêu được nội lực gây ra do tónh tải
và một phần do hoạt tải.
- Điều chỉnh nội lực là tổng hợp những biện pháp nhằm đảm bảo hai mục tiêu :
+ Phân bố tối ưu nội lực trong dầm cứng của kết cấu nhòp
+ Bảo đảo dạng trục thiết kế của dầm sau khi kết thúc thi công hoặc sửa chữa thay thế dây
- Trong hai mục tiêu trên, nếu chọn chuyển vò ( trục thiết kế) thì nội lực là momen là hệ quả và
ngược lại.
+

Nếu dùng hàm chuyển vò làm chuẩn thì mục tiêu hoặc là chuyển vò dầm cứng sau điều
chỉnh bằng không hoặc là có độ vồng ngược để khắc phục độ võng do ảnh hưởng thứ cấp
và
t phầ
t tải. làm chuẩn thì hoặc là khống chế momen âm trong dầm cứng sau
Nếmộ
u dù
ng nhàdo

m hoạ
momen

+ điều chỉnh phân bố hợp lý nhất tại các nút có giá trò bằng momen trên gối cứng của dầm
liên tục nhiều nhòp, hoặc ứng với trường hợp không tải, biểu đồ bao momen có momen
dương giữa nhòp trong các khoang bằng momen âm tại các nút neo dây, hoặc khi kể cả
hoạt tải, ứng suất trong tất cả các tiết diện dầm cứng phân bố hợp lý và không vượt khả
năng chòu lực của kết cấu.
Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 5


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

Nếu dùng hàm momen làm chuẩn thì hoặc là khống chế momen âm trong dầm cứng sau
điều chỉnh phân bố hợp lý nhất tại các nút có giá trò bằng momen trên gối cứng của dầm
liên tục nhiều nhòp, hoặc ứng với trường hợp không tải, biểu đồ bao momen có momen
dương giữa nhòp trong các khoang bằng momen âm tại các nút neo dây, hoặc khi kể cả
hoạt tải, ứng suất trong tất cả các tiết diện dầm cứng phân bố hợp lý và không vượt khả
năngcáchòu
củua trê
kếtncấ
u. n mục tiêu nào là tùy thuộc vào qui mô kết cấu. Với kết cấu
Trong
c mụlựcctiê
, chọ


- khẩu độ lơn thường áp dụng theo hàm mục tiêu nội lực để giảm momen trong dầm cứng. Khi
kết cấu được thi công theo phương pháp lắp hẫng (đúc hẫng) thì cũng thường áp dụng cách
điều chỉnh theo nội lực do độ cao kết cấu có thể được xử lý bằng ván khuôn. Với các kết cấu
có qui mô vừa và nhỏ hay kết cấu dầm bằng thép thì rất thích hợp với việc điều chỉnh theo
mục tiêu cao độ.
Do vậy với kết cấu hiện tại, chọn phương pháp điều chỉnh nội lực theo mục tiêu độ võng, tức là
cao độ các nút dây neo phù hợp với trắc dọc cầu.
2- Phương pháp thi công và điều chỉnh nội lực :
Thi công :
-

Trong cầu dây văng, phương pháp thi công và điều chỉnh nội lực có thể tạo cho dầm cứng nội
lực bất kỳ, phân bố nội lực hợp lý hoặc đạt được cao độ mong muốn.
Việc chọn phương pháp thi công phụ thuộc vào nhiều điều kiện, trong đó quan trọng nhất là
chiều cao cầu, chiều sâu mực nước và đăc trưng nền móng có ảnh hưởng đến giá thành và khó
khăn khi thi công trụ tạm. Việc sử dụng bất kỳ phương pháp thi công nào của cầu dây văng có
trụ tạm chỉ thích hợp với những điều kiện thực đòa thuận lợi. Trong khi lắp hẫng (đúc hẫng) là
phương pháp vạn năng để thi công cầu dây văng, ở đây ta có thể loại bỏ toàn bộ (phương pháp
lắp hẫng đối xứng) hay loại bỏ một phần trụ tạm (phương pháp lắp hẫng có nhòp neo). Chính
hệ cầu dây văng góp phần tốt cho thi công lắp hẫng, đọan dầm cứng lắp hẫng được giữ, ngoài
việc nhờ các dây văng có sẵn trong hệ còn có thể sử dụng các dây văng tạm liên kết vào trụ
tháp để giảm nhẹ các khối thi công. Với phương pháp lắp hẫng đối xứng qua trụ tháp thì cần
phải có biện pháp chống lật nhòp trong thời gian thi công.

- Các biện pháp điều chỉnh bao gồm :
+ Tạo dầm có độ võng ngược trong quá trình chế tạo
+ Điều chỉnh bằng việc căng kéo các dây văng theo hai giải pháp :
 Điều chỉnh bằng cách tạo khớp tạm trong thi công : khi thi công, bố trí các khới tạm
tại tất cả các vò trígối cứng và gối đàn hồi. Khi đó hệ làm việc theo sơ đồ tinh đònh có
momen uốn bằng không tại các khớp và momen uốn cục bộ trong phạm vi khoang

dầm. Sau khi lắp đặt hệ dầm và dây, tiến hành liên tục hóa hệ dầmbằng mối nối ướt.
 Điều chỉnh bằn cách căng kéo dây văng trên dầm liên tục. Phương pháp này áp dụng
thuận lợi khi thi công theo phương pháp hẫng hoặc khi đã lắp xong dầm trên đà giáo,
trụ tạm nhằm tạo các chuyển vò và nội lực cưỡng bức trong toàn hệ theo hướng có lợi
nhất cho công trình. Đây cũng là phương pháp em chọn lựa tính toán trong đề tài này.
- Công nghệ điều chỉnh nội lực được thực hiện bằng cách đặt kích để căng, chèn neo hoặc xiết
bulông nhằm thay đổi chiều dài các dây văng. Việc khống chế cao độ và nội lực dây được thực
hiện bằng các võng kế, các thiết bò cao đạc, các thiết bò do lực và biến dạng.
-

Quá trình thi công, điều chỉnh nội lực và khai thác sửa chữa dây văng cần thỏa mãn các điều
kiệnTrong
sau : tất cả các giai đoạn, yêu cầu phải đảm bảo tính không biến đổi hình học của hệ có
+ xét đến sự làm việc của các dây văng như những kiên kết một chiều (dây văng chỉ chòu
kéo).

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 6


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

+ Trong tất cả các giai đoạn, nội lực trong các dây văng và dầm cứng không vượt quá giới
hạn theo các trường hợp tính toán khác nhau về cường độ, độ ổn đònh, với dầm BTCT thì
còn kiểm tra về tính chống nứt.
+ Kết cấu nút liên kết dây văng và các thiết bò căng kéo cần phải đảm bảo khả năng tạo ra
và chòu được lực điều chỉnh.

Tính toán điều chỉnh nội lực trong cầu dây văng :
Nội dung tính cầu dây văng chịu tĩnh tải và điều chỉnh nội lực
1) Xác định trạng thái cuối cùng - mục tiêu cần đạt: ở đây là độ võng
2) Căn cứ vào cơng nghệ thi cơng và trình tự lắp đặt dây, xác định trạng thái xuất phát
3) Xác định nội lực và biến dạng do tĩnh tải I, tĩnh tải II, do các ảnh hưởng thứ cấp (từ biến,
co ngót, biến dạng dư của dây theo thời gian)
4) Chọn phương pháp tính, chỉ định trình tự căng chỉnh, định vectơ ẩn số trong hệ
5) Lập phương trình trên cơ sở mục tiêu đã chọn
6) Xác định các ẩn lực thỏa mãn mục tiêu
7) Xác định lực căng trong dây, độ cao cần chỉnh của các nút theo đúng trình tự căng đã chọn
8) Xác định nội lực và biến dạng ở trạng thái cuối cùng do các tĩnh tải I, II, các ảnh hưởng
thứ cấp và lực điều chỉnh.
9) Kiểm tra kết quả theo các số liệu của mục tiêu
Trong cơng nghệ lắp hẫng và đúc hẫng, q trình căng kéo để điều chỉnh nội lực được thực hiện
thường xun sau mỗi lần lắp đặt mỗi đốt để tạm điều chỉnh nội lực và độ võng trong thi cơng.
Q trình này gọi là sơ chỉnh. Trong sơ chỉnh, sau khi lắp đặt mỗi đốt dầm, mỗi dây, số ẩn số
trong hệ lại tăng lên một bậc. Nội lực và độ võng trong q trình sơ chỉnh được lưu lại và được
cộng tác dụng với nội lực do tải trọng và điều chỉnh tiếp theo. Căn cứ vào biểu đồ momen uốn và
độ võng cuối cùng sau khi đã lắp xong dầm cứng và hệ dây (do tĩnh tải II, các ảnh hưởng thứ cấp
và do sơ chỉnh), ta tiến hành chọn chuẩn và thiết kế cơng nghệ điều chỉnh cuối cùng - bước này
gọi là vi chỉnh.
Điều chỉnh nội lực trong giai đoạn thi công (sơ chỉnh) :
- Xác đònh lực điều chỉnh bằng lực căng kéo các dây văng :



Sự phân bố tối ưu các nội lực trong các thanh của cầu dây văng thường dẫn đến dạng
biểu đồ bao momen uốn tốt nhất trong dầm cứng, bởi vì sự thay đổi nội lực trong các dây
văng nhận được do lực điều chỉnh không lớn lắm. Bằng điều chỉnh nội lực có thể làm giảm
đáng kể momen uốn trong dầm cứng và bảo đảm sự phân bố của chúng đều hơn theo

chiều dài nhòp và do đó nhận được sự bố trí vật liệu hợp lý hơn và giảm chi phí vật liệu.
-

Việc xác đònh nội lực trong các dây ở mỗi giai đoạn thi công xuất phát từ dạng thuận lợi
nhất của biểu đồ momen uốn hoặc biểu đồ gây độ võng gây ra do tất cả các tải trọng và
tác dụng sau khi kết thúc xây dựng cầu. (do tóng tải giai đoạn II, giai đoạn I, do các ảnh
hưởng thứ cấp và sơ chỉnh). Khi thiết kế có thể nghiên cứu thuật toán tổng cộng các
momen uốn và độ võng trong tất cả các giai đoạn thi công có xét đến điều chỉnh nội lực và
dựa vào biểu đồ momen uốn tối ưu và độ võng cuối cùng sau khi thi công song để tiến
hành chọn chuẩn và xác đònh lực điều chỉnh trong mỗi giai đoạn thi công.

-

Để thực hiện được điều này ta sử dụng các phương trình cân bằng nội lực hay chuyển vò
của phương pháp tối ưu :
Khi mục tiêu điều chỉnh là độ võng tại các nút của dầm cứng :

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 7


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

it + Yidc + Yic = 0
Trong đó :
Yit : độ võng tại nút thứ i do tónh tải phần I và phần II gây ra.
Yic : độ võng chuẩn cần đạt tại nút thứ i .


Yidc : độ võng chuẩn cần đạt tại nút thứ i do lực điều chỉnh gây ra.
Hệ phương trình chính tắc viết dưới dạng ma trận như sau.

y11

y12

...

y1i

...

y1n

y 21

y 22

...

y 2i

...

y2n

...


...

...

...

...

...

y i1

yi 2

...

y ii

...

y in

...

...

...

...


...

...

y n1

yn2

...

y ni

...

y nn

B  X  Y

Hay :

B  X

t

 X 1  Y t 1 
Y c 1 
X   t 
 c 
 2  Y 2 
Y 2 

x  ...  + ...  +  ... 
   t 
 c 
 X i  Y i 
Y i 
 ...   ... 
 ... 
   t 
 c 
 X n  Y n 
Y n 

(*)

 Yc  0

Y

X  B  Y
1

Trong đó :

Y  Yt  Y

B

c

: ma trận ảnh hưởng độ võng trong các dầm nút cứng, phần tử yij là độ

võng tại nút j có giá trò bằng đơn vò lực gây ra. Tùy theo phương pháp
và trình tự thi công mà cấu trúc ma trận này có thể đầy hay thưa.

Cần lưu ý là : số lượng tiết diện cần điều chỉnh M hay Y phải bằng số lượng lực điều chỉnh


Điều chỉnh nội lực trong giai đoạn khai thác, sửa chữa thay thế các dây văng (vi chỉnh) :

- Khi cầu dây văng đã thi công xong, cần điều chỉnh để hoàn thiện tiếp hoặc trong thời gian
khai thác, sửa chữa, thay thế dây văng cần khôi phục lại trạng thái ban đầu, thì có thể
căng chỉnh
tiếp. khai thác phải kiểm tra thường xuyên để phát hiện những hư hỏng kết cấu
Trong
thời gian
mà có biện pháp sửa chữa thích hợp. Trong cầu dây văng thường gặp những hư hỏng sau
đây:
+

Đứt từng tao cáp hoặc cả một dây văng.

+

Tụt neo

+

Chùng dây văng

- Do những hư hỏng trên, trong kết cấu sẽ phân bố lại trạng thái ứng suất và biến dạng.
Trước khi sửa chữa hoặc thay thế dây văng cần phải đánh giá đúng trạng thái ứng suất

biến dạng kết cấu hiện hữu so với trạng thái ban đầu (Trạng thái sau khi kết thúc thi công
đưa vào khai thác). Việc xác đònh dễ dàng và rõ ràng nhất là biến dạng dầm cứng (cao
độ), bằng đo đạc thực tế ngoài hiện trường về cao độ hiện hữu so với cao độ ban đầu của
từng nút liên kết dây văng với dầm cứng để làm mục tiêu xác đònh lực căng kéo bổ sung.
- Tùy theo mức độ hư hỏng mà có thể căng kéo bổ sung hoặc thay thế từng tao cáp hay cả
một dây văng. Khi các tao cáp hoặc dây văng hư hỏng, bò chùng, hoàn toàn không chòu lực
thì phải thay thế.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 8


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

Tùy theo mức độ hư hỏng mà có thể căng kéo bổ sung hoặc thay thế từng tao cáp hay cả
một dây văng. Khi các tao cáp hoặc dây văng hư hỏng, bò chùng, hoàn toàn không chòu lực
thì phải thay thế.
- Việc tính toán điều chỉnh nội lực trong thời gian khai thác sửa chữa thay thế dây văng
cũng giống như khi tính toán điều chỉnh nội lực trong quá trình thi công.
- Hệ cầu dây văng được điều chỉnh bằng cách hoặc nhờ kéo (hoặc nới lỏng) các dây văng
hoặc cho chuyển vò gối tựa. Khi căng chỉnh dây nào thì loại bỏ dây đó đi và cho cặp lực
đơn vò X = 1 theo hướng dây văng đó, từ đó xác đònh được các số hạng trong ma trậnø
[B] trong phương trình ( * ). Có thể thực hiện cách khác : khi căng chỉnh dây nào thì ta
không cần loại bỏ dây đó mà đặt vào hệ siêu tónh tính toán tại hai đầu nút liên kết lực đơn
vò X =1 tác dụng theo hướng của dây văng đó. Các lực này coi như ngoại lực, nhờ chúng
mà có thể xác đònh nội lực và biến dạng trong tất cả các mặt cắt và các thanh của hệ,
trong đó có cả nội lực căng chỉnh trong dây văng i.

Lực đơn vò có thể chia một cách qui ước làm hai phần : 1 phần Si làm biến dạng dây văng,
nội lực trong dây văng này được xác đònh từ tính toán hệ. Phần 2 bằng (1 - Si). Nếu nội lực
M, N và chuyển vò Y trong các tiết diện và các thanh của hệ đem nhân với (1 - Si)-1, ta sẽ
nhận được nội lực và chuyển vò tương ứng với các số hạng của ma trận [B] trong công thức
( *), phù hợp với hệ không có dây văng thứ i (đã loại bỏ) do lực đơn vò đặt theo hướng dây
Ma trận [B] có thể lập nhờ phương pháp lực hoặc phương pháp chuyển vò, theo các phương
trình hiện hữu, cho phép xác đònh nội lực trong hệ cho trước do ngoại lực gây ra.
3- Tính toán điều chỉnh nội lực :
Giai đoạn sơ chỉnh :
Ở quá trình này, tiến hành lắp từng khoang dầm theo phương pháp hẫng từ trụ ra hai bên,
sau mỗi lần lắp đặt một khoang, tiến hành lắp dây và căng dây. Mục tiêu của quá trình sơ
chỉnh chọn là độ võng đo tónh tải I (tónh tải bản thân hệ dầm mặt cầu) bằng không. Hệ
phương trình chính tắc viết dưới dạng ma trận như sau :
Y*.X + Yo + YI + Yc = 0
Trong đó:
Y* ma trận ảnh hưởng độ võng, phần từ ỵi là độ võng tại nút i do lực căng tại nút
j có giá trị bằng đơn vị gây ra
X vectơ ẩn lực trong các dây văng
Yo vectơ độ võng của hệ xuất phát
Yc vectơ độ võng chuẩn (mục tiêu)
YI

vectơ độ võng do tĩnh tải I
Để tiện theo dõi ta đánh số dây như sau :

Các bước thi công (16 bước) và đặc điểm chuyển vò của hệ như sau :
 Bước 1 : Thi công khoang dầm cứng đầu tiên bên trái trên đà giáo mở rộng sát trụ, căng
dây văng 8 với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là Y8.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39


Trang 9


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

 Bước 2 : Thi công khoang dầm cứng đầu tiên bên phải trên đà giáo mở rộng sát trụ, căng
dây văng 9 với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là Y9.

Y9=1

 Bước 3 : Thi công khoang dầm cứng thứ hai bên tráiï, căng dây văng 7 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y7.

 Bước 4 : Thi công khoang dầm cứng thứ hai bên phải căng dây văng 10 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y10.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 10


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

 Bước 5 : Thi công khoang dầm cứng thứ ba bên trái căng dây văng 6 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y6.


 Bước 6 : Thi công khoang dầm cứng thứ ba bên phảicăng dây văng 6 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y11.

 Bước 7 : Thi công khoang dầm cứng thứ tư bên trái căng dây văng 5 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y5.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 11


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

 Bước 8 : Thi công khoang dầm cứng thứ tư bên phải căng dây văng 12 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y12.

 Bước 9 : Thi công khoang dầm cứng thứ năm bên trái căng dây văng 4 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y4.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 12


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp


 Bước 10: Thi công khoang dầm cứng thứ nămbên phải căng dây văng 13 với thành phần
lực thẳng đứng của lực căng là Y13.

 Bước 11: Thi công khoang dầm cứng thứ sáu bên trái căng dây văng 3 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y3.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 13


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

 Bước 12: Thi công khoang dầm cứng thứ sáu bên phải căng dây văng 14 với thành phần
lực thẳng đứng của lực căng là Y14.

 Bước 13: Thi công khoang dầm cứng thứ bảy bên trái căng dây văng 2 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y2.

 Bước 14: Thi công khoang dầm cứng thứ bảy bên phải căng dây văng 15 với thành phần
lực thẳng đứng của lực căng là Y15.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 14



GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

 Bước 15: Thi công khoang dầm cứng thứ tám bên trái căng dây văng 1 với thành phần lực
thẳng đứng của lực căng là Y1.

 Bước 16: Thi công khoang dầm cứng thứ tám bên phải căng dây văng 16 với thành phần
lực thẳng đứng của lực căng là Y16.

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 15


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

Phương trình độ võng viết dưới dạng ma trận như sau :

 Y11 Y12
Y
Y22
*
Y   21
 ...
...

Y161 Y162


... Y116 
... Y216 
... ... 

... Y1616 



X





X 1
X 2
...
X 16








+

 Y I1

 I
Y 2
 ...
 I
 Y 16








=















0

0
...
0

Ma trận ảnh hưởng độ võng do các lực điều chỉnh Y có dạng như sau :

 Y11 Y12
Y
Y22
*
Y   21
 ...
...

Y161 Y162
749

0

422 647

0

0

0

0

0


0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0


0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0


0

0

0

0

0

0

0

173 352 509

27.5 135 254 424
-5

Y* = 10 x

... Y116 
... Y216 
... ... 

... Y1616 

77 195 319


0

0

134

0

0

57 114

0

43

49

94

0

27

36

40

76


0

18

22

28

32

59

14

-32

17

-39

-24 -81 47

135

217

0

0


0

0

15

16

21

24

43

-26

-24 -27 -12

26

87

186

0

0

12


10 9.3 11

15

16

28

-11

-12 -17 -15 -6.5

16

63

60.7

4

5.7 5.6 5.3 6.4 8.1

9

15

7.58 5.6 8.1 6.4 5.29

5.6


4.8

0

51

63

13.4 9.1

15

11

9.28

10

0

0

0

186 89

19.3

13


21

16

13.3

0

0

0

0

0

25.5

16

28

22

0

0

0


0

0

0

0

32.1

19

35

0

0

0

0

0

0

0

0


0

38.9

23

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

45.8


0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0


0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

16

-7

-15 -17 -15 -19


26 -10 -27 -31 -40

217 135 48

-8

-35 -63

319 192 77 1.4 -67
412 254 115 -18
509 327 118
617 363
0

691

Vectơ YI:
-0.121
-0.122
-0.114
-0.096
-0.072
-0.048
-0.028

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 16



GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

YI =

(m)

-0.013
-0.010
-0.022
-0.038
-0.062
-0.098
-0.149
-0.215
-0.291

Giải hệ phương trình :
Y*.X + Yo + YI = Yc = 0
Ta được vectơ ẩn số như sau :

X=

Y1

6.998

(T)


Y2

9.167

(T)

Y3

11.533

(T)

Y4

13.667

(T)

Y5

16.906

(T)

Y6

24.930

(T)


Y7

13.588

(T)

27.472

(T)

25.713

(T)

Y10

14.147

(T)

Y11

6.255

(T)

Y12

5.610


(T)

Y13

4.224

(T)

Y14

6.155

(T)

Y15

4.087

(T)

Y16

4.206

(T)

Y8
Y9

=


Vậy lực kéo trong các dây là : Ni = Yi/sinα , với sinα là góc nghiêng của dây i so với phương
ngang. Kết quả tính toán được như sau :

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Dây

Yi

αο

sinα

1

7.00

23

0.39

17.91

2

9.17

24


0.41

22.54

3

11.53

26

0.44

26.31

4

13.67

29

0.48

28.19

5

16.91

33


0.54

31.04

6

24.93

38

0.62

40.49

7

13.59

47

0.73

18.58

N (T)

Trang 17


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương


Đồ án tốt nghiệp

8

27.47

60

0.87

31.72

9

25.71

60

0.87

29.69

10

14.15

47

0.73


19.34

11

6.26

38

0.62

10.16

12

5.61

33

0.54

10.30

13

4.22

29

0.48


8.71

14

6.16

26

0.44

14.04

15

4.09

24

0.41

10.05

16

4.21

23

0.39


10.76

Giai đoạn vi chỉnh :
- Trong lần sơ chỉnh, ta đã căng các dây với các lực sơ bộ đã xác đònh ở bảng trên. Sơ đồ
kết cấu trong trạng thái xuất phát của quá trình vi chỉnh là sơ đồ khai thác của cầu.
- Mục tiêu quá trình vi chỉnh chọn là độ võng do tónh tải II, do các ảnh hưởng thứ cấp ( nhiệt
độ, co ngót, từ biến của BT) và độ võng ở trạng thái xuất phát sau khi điều chỉnh bằng
không.
Hệ phương trình chính tắc viết dưới dạng ma trận như sau :
Y*.X + Yo + YII + Yc = 0
Trong đó:
Y* ma trận ảnh hưởng độ võng, phần từ ỵi là độ võng tại nút i do lực căng tại
nút j có giá trị bằng đơn vị gây ra
X vectơ ẩn lực trong các dây văng
Yo vectơ độ võng của hệ xuất phát
Yc vectơ độ võng chuẩn (mục tiêu)
YII vectơ độ võng do tĩnh tải II và các ảnh hưởng thứ cấp
Các bước thi công được tiến hành theo trình tự sau :

-1.34E-03

-1.34E-03

 Bước 1: Căng chỉnh cặp dây văng 1 - 1' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y1. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 2: Căng chỉnh cặp dây văng 16 - 16' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y16. Độ võng do Y = 1 gây ra là :


Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 18


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

 Bước 3 : Căng chỉnh cặp dây văng 2 - 2' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y2. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 4 : Căng chỉnh cặp dây văng 15 - 15' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y15. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 5 : Căng chỉnh cặp dây văng 3 - 3' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y3. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 6 : Căng chỉnh cặp dây văng 14 - 14' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y14. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 19


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp


 Bước 7 : Căng chỉnh cặp dây văng 4 - 4' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y4. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 8 : Căng chỉnh cặp dây văng 13 - 13' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y13. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 9 : Căng chỉnh cặp dây văng 5 - 5' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y5. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 10 :Căng chỉnh cặp dây văng 12 - 12' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y12. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 20


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

 Bước 11 :Căng chỉnh cặp dây văng 6 - 6' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y6. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 12: Căng chỉnh cặp dây văng 11 - 11' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y11. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 13: Căng chỉnh cặp dây văng 7 - 7' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y7. Độ võng do Y = 1 gây ra là :


 Bước 14: Căng chỉnh cặp dây văng 10 - 10' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y10. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

 Bước 15: Căng chỉnh cặp dây văng 8 - 8' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y8. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 21


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

 Bước 16: Căng chỉnh cặp dây văng 9 - 9' với thành phần lực thẳng đứng của lực căng là
Y9. Độ võng do Y = 1 gây ra là :

1
Độ võng do tónh tải phần II và các ảnh hưởng thứ cấp gây ra như sau :

Từ các giá trò trên ta lập được hệ phương trình như sau :
-134 -54 -26

-9

-3

-2


-2

-2 2.2 2.3 1.9 0.7 0.2 0.9 4.6 15.6

-81 -22 -52

46

27

10

0

-2 1.8 1.4 0.8 -0.3 -0.4 0.4 2.5 6.6

-134 -20 -78

84

55

22

3

-4 3.1 2.4 1.4 -0.3 -0.5 0.8 4.0 10.5

-149 -18 -57


97

79

39

10

-3 3.6 2.9 1.8 -0.1 -0.3 1.0 4.2 10.8

-134 -35 -21

67

85

58

22

1 3.4 2.9 2.0 0.2 -0.1 1.0 3.6 8.8

-102 -37

27

54

63


37

8 2.8 2.4 1.8 0.4 0.2 0.8 2.5 5.9

-4

-65 -28 -12
-5

Y* = 10 x

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

4

20

36

42

16 1.9 1.7 1.4 0.5 0.3 0.6 1.5 3.3

-3

3

10

19


18 0.8 0.8 0.8 0.4 0.3 0.4 0.7 1.4

28.7 13.4 7.3 3.2

1.1

0.7

0.6

0.7 17.9 23.9 11.6 3.7 -0.4 -2.3 -3.3 -4.2

61.6 28.2 15.0 6.2

1.8

1.1

1.1

1.7 16.4 47.7 37.0 20.5 7.8 -0.2 -5.3 -9.0

-30 -15

-8

99.1 45.0 23.7 9.5

2.5


1.3

1.4

2.6 7.3 40.1 62.1 53.0 32.4 14.3 1.1 -8.2

140.5 63.4 33.1 12.9

3.0

1.3

1.6

3.4 0.0 21.6 54.8 82.0 72.3 48.4 26.6 10.7

183.7 82.4 42.7 16.2

3.3

1.1

1.7

4.0 -4.4 6.3 33.7 75.1 106

224.8 100 51.6 19.1

3.5


0.8

1.7

4.6 -6.7 -3.5 14.4 52.1 102 144 155 150

257.8 115 58.6 21.4

3.6

0.5

1.6

5.0 -7.7 -8.8 1.4 31.3

83 153 227 261

276.0 123 62.4 22.6

3.6

0.4

1.6

5.2 -8.0 -11 -4.7 20.1

69 149 256 347


0.000

0.000

-0.034

0.011

99

79

61

Trang 22


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

Y0 =

-0.055

0.017

-0.059


0.019

-0.050

0.016

-0.033

0.011

-0.015

-0.001

-0.006

-0.001
YII =

0.004

-0.001

0.050

0.016

0.106

0.033


0.168

0.054

0.233

0.074

0.296

0.094

0.351

0.112
0.125

0.391
Kết quả giải hệ phương trình như sau :
49.6886 (T)
32.4235 (T)

Y1
Y2

35.1541 (T)
42.3395 (T)

Y3

Y4

47.2914 (T)
45.4825 (T)

Y5
Y6
Y7
X = Y8

=

Y9
Y10

53.1216 (T)
22.7389 (T)
27.3626 (T)
48.5627 (T)
59.6455 (T)
59.1278 (T)

Y11
Y12

54.6016 (T)
47.0468 (T)

Y13
Y14


37.8894 (T)
28.9497 (T)

Y15
Y16

Vậy lực kéo trong các dây là : Ni = Yi/sina , với sina là góc nghiêng của dây i so với phương ngang.
Kết quả tính toán được như sau :

Ni 

Yi
sinα i

Yi

αo

sinα

N(T)

1

49.6886

23

0.391


127.17

2

32.4235

24

0.407

79.72

3

35.1541

26

0.438

80.19

4

42.3395

29

0.485


87.33

5

47.2914

33

0.545

86.83

Dây

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 23


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương

Đồ án tốt nghiệp

6

45.4825

38


0.616

73.88

7

53.1216

47

0.731

72.63

8

22.7389

60

0.866

26.26

9

27.3626

60


0.866

31.60

10

48.5627

47

0.731

66.40

11

59.6455

38

0.616

96.88

12

59.1278

33


0.545

108.56

13

54.6016

29

0.485

112.62

14

47.0468

26

0.438

107.32

15

37.8894

24


0.407

93.15

16

28.9497

23

0.391

74.09

Vậy với các giá trò lực căng dây như trên thì chuyển vò của dầm sẽ bằng 0
KẾT LUẬN :
Điều chỉnh nội lực trong quá trình thi công, khai thác, sửa chữa và thay thế dây văng rất có hiệu
quả, đặc biệt khi thực hiện chúng với những thay đổi sơ đồ tónh học của kết cấu, tuy có một vài
thao tác phức tạp trong quá trình thi công, sửa chữa và lắp ghép, nhưng việc điều chỉnh nội lực cho
phép không những nhận được hiệu quả kinh tế mà còn tạo ra kết cấu có giá trò mới làm tăng độ
cứng và tuổi thọ công trình.


Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 24


GVHD: Th.S Ngô Châu Phương


Đồ án tốt nghiệp

III- TÍNH NỘI LỰC TRONG DÂY CÁP LẦN HAI - XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KẾT CẤU NHỊP :
Trên cơ sở phương án thiết kế sơ bộ, ta đã lựa chọn được kích thước của các dây cáp treo tuy nhiên cần
phải tính tốn lặp lại nhiều lần với một số mặt cắt dầm hay dây để có được mối liên hệ giữa momen
qn tính J của dầm với trọng lượng bêtơng và trọng lượng thép của dầm, so sánh tổ hợp gây ra nội lực
lớn nhất với tổ hợp nội lực thi cơng, để từ đó xác định lại kích thước và loại dây cáp treo theo nội lực
lớn nhất. Vậy, với chiều dài cầu, khổ cầu, tải trọng cho trước cần chọn kích thước dầm, dây sao cho
thỏa mãn được các u cầu về kỹ thuật và kinh tế.
1- Nội lực dầm tại các mặt cắt đặc trưng - Nội lực các dây văng giai đoạn khai thác:
Công thức chung tính nội lực :
Mtc = (q1 + q2).ωM + qtđ. η.β.wHM
Mtt = (n1q1 + n2q2).ωM + qtđ. η.β.wHM.nh.(1 + η)
Trong đó :
q1, q2 : tónh tải giai đoạn I và II
qtđ : Tải trọng rải đều tương đương
wM, wQ : tổng diện tích đường ảnh hưởng
ωHM, ωHQ : diện tích đường ảnh hưởng tương ứng với chiều dài đặt hoạt tải
n1, n2 : hệ số vượt tải của tónh tải giai đoạn I và II
η : hệ số phân bố ngang
(1 +µ) : hệ số xung kích của tải trọng ôtô
β : hệ số làn xe
nh : hệ số hoạt tải

2. Cơ sở tính toán :
2.1. Nội lực do tĩnh tải
- Tĩnh tải tiêu chuẩn
Stc = gt.ω
Trong đó:
gt: trọng lượng rải đều trên 1 mét dài cầu

ω: tổng diện tích đường ảnh hưởng
- Tĩnh tải tính tốn
Stt = nt.Stc
Trong đó:
n: hệ số vượt tải của tĩnh tải n = 1.2

Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39

Trang 25