Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------oOo------

PHẠM VĂN HOÀNG

NGHIÊN CỨU KẾT CẤU
CẦU VÒM MẠNG LƯỚI
ỨNG DỤNG CHO GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ
VIỆT NAM

Chuyên ngành : CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT.

Mã số ngành

: 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 09/2004


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Phùng Mạnh Tiến

Cán bộ chấm nhận xét 1 :TS. Vũ Xuân Hòa

Cán bộ chấm nhận xét 2 :TS. Bùi Đức Tân

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 30 tháng 10 năm 2004

Luận văn Thạc Só


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------oOo-----

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc
------oOo-----

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : PHẠM VĂN HOÀNG
Phái : NAM
Ngày tháng năm sinh : 13-01-1980
Nơi sinh : HƯNG YÊN
Chuyên ngành : CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH
XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT
Mã số học viên : CA13.009
I.TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU CẦU VÒM MẠNG LƯỚI
ỨNG DỤNG CHO GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ VIỆT NAM
II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1.NHIỆM VỤ:

Nghiên cứu, giới thiệu các thông số kỹ thuật cơ bản của kết cấu cầu Vòm Mạng Lưới. Nghiên
cứu phân bố sắp xếp dây treo. Nghiên cứu hiệu quả kinh tế do cầu Vòm Mạng Lưới mang lại. Từ đó
rút ra khả năng ứng dụng của kết cấu này tại Việt Nam.
2.NỘI DUNG:
PHẦN I: TỔNG QUAN
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về cầu Vòm Mạng Lưới.
PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN
Chương 2: Phân tích điều kiện ứng dụng cầu Vòm Mạng Lưới cho giao thông đường bộ tại Việt
Nam
Chương 3: Phân tích, nghiên cứu kết cấu cầu Vòm Mạng Lưới
Chương 4: Tính toán ví dụ cụ thể công trình cầu Bình Triệu II – thay thế 3 nhịp bê tông cốt thép
liên tục (48.85 + 61 + 48.85,
L = 158.7m ) bằng cầu Vòm Mạng Lưới nhịp L =
160 m.

∑

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 5: Nhận xét và kết luận, hướng nghiên cứu tiếp của đề tài
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 14 – 02 – 2004
IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
:
: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
V.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

TS. PHÙNG MẠNH TIẾN


TS. LÊ VĂN NAM

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc Só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua .
Ngày
tháng
năm 2004
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CÁM ƠN
Học viên xin trân trọng gởi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô, bạn bè, đồng
nghiệp; những người đã khuyến khích, hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian
qua, để ngày hôm nay tôi có thể hoàn thành nốt phần cuối của chương trình học.
Bằng tất cả tấm lòng, xin gởi đến bố mẹ những tình cảm chân thành nhất.
“Công cha, nghóa mẹ, ơn thầy” luôn là câu châm ngôn con khắc sâu trong tim.
Xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến só Phùng Mạnh Tiến, người đã tận
tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin cám ơn thạc só Trần
Quang Thiện với những góp ý sâu sắc cho luận văn.
Xin cám ơn đến những người bạn Châu Âu của tôi – Benjamin Brunn và
Frank Schanack; giảng viên khoa Xây Dựng, đại học kỹ thuật Dresden – với
những tài liệu và góp ý đầy ý nghóa.
Cuối cùng, không thể không nhắc đến một người, nếu không có ông có lẽ
luận văn này không thể ra đời – Giáo Sư Tiến Só Per Tveit – người đã phát minh
ra loại cầu này. Mặc dù đã lớn tuổi, nhưng giáo sư đã không ngần ngại chỉ dẫn,
sẵn sàng trả lời tất cả các câu hỏi, với mong muốn ngày càng có nhiều cây cầu
đẹp được xây dựng trên toàn thế giới.


Luận văn Thạc Só


ABSTRACT
Developing history of bridge industry have experienced many rise and fall
periods. Beginning with bridges in nature by falling of trees across streams,
nowadays many bridges have appeared with impression span length up to 2
kilometers and their structure are very slender.
In recent years, with incessantly efforts, Vietnam have been appreciated
is one of developing countries has economic growth ratio really impression and
solidity. Side by side, it is growing stronger of many industries, among them is
transportation. Many bridges have been built to satisfy travel demands of people.
Bridge structures existing in Vietnam are very plentiful, from conventional
structures such as simple bridge, trusses, steel bridge, composite bridge,
continuous beam bridge… to modern structures like : My Thuan bridge, Song Han
bridge, Bai Chay bridge, and the next are Phu My bridge, Can Tho bridge, Rach
Mieu bridge… (cable-stayed bridge).
Today, when building a bridge, beside loading capacity aspect, people
have to consider the aesthetic point of view
Leonhard 91 said: “…we recognise the need to integrate into its
environment, landscape or cityscape, particularly where the dimensional
relationships and scale are concerned. Many mistakes have been made during the
past decades by placing massive concrete blocks in the heart of older areas of a
city….Sometimes, long-span bridges with deep, heavy beams spoil lovely valley
landscapes or towns.“ And this is also a urgent problem in VietNam.
All of reasons above is a foundation that taking sharp the Thesis. The aim
of the Thesis is introducing a new structural for VietNam : the Network Arch
bridge. It’s not only having good loading capacity, but also getting a great
efficient in economic.

The Master Thesis include 5 Chapters :
Chapter 1 : GENERAL INTRODUCING ABOUT NETWORK ARCH BRIDGE
♦ Researching goal : finding out a new bridge structure in all over the
world.
♦ Researching method : collecting foreign documents.
♦ Achievements : getting some informations and seeing applied
possibility of this structure in VietNam.
Chapter 2 : ANALYZING APPLYIED CONDITIONS OF NETWORK ARCH
BRIDGE FOR ROAD TRANSPORTATION IN VIETNAM.
♦ Researching goal : Is Network Arch bridge suitable in VietNam?
Luận văn Thạc Só


♦ Researching method : collecting and analyzing documents about terrain,
geology, climate and hydrograph in some area of VietNam.
♦ Achievements : completely appropriate for building Network Arch
bridge in VietNam.
Chapter 3 : ANALYZING, RESEARCHING MEMBERS OF NETWORK ARCH
BRIDGE.
♦ Researching goal : beside determining basic parameters of bridge, this
chapter will introduce the researching results about hangers system :
arrangement, quantities, sloping… Then selecting an optimal arrangement of
hangers.
♦ Researching method : Contact and exchanging informations as well as
researching results to foreign experts. Using the Finite Element Method in
order to determine axial force and bending moment of members in structure.
♦ Achievements : establishing the relationship between nodal points
distance and members’ stress so that we can choose an optimal arrangement
of hangers. This chapter also introduces the order how to make a preliminary
design of network arch road bridges.

Chapter 4 : CALCULATING A REAL CONTRUCTION – BINH TRIEU 2
BRIDGE – REPLACING CONTINUOUS CONCRETE BEAM PROJECT (3
SPANS : 48.85 + 61 + 48.85 = 158.7 M) BY NETWORK ARCH PROJECT
(SPAN LENGTH IS 160 M).
♦ Researching goal : Comparison between 2 projects for building Binh
Trieu 2 bridge in VietNam.
- Project 1 : Continuous concrete beam
bridge (3 spans :
48.85+61+48.85 = 158.7 m).
- Project 2 : Network Arch bridge with span length is 160 m.
♦ Researching method : Base on basic parameters that are researching
results in chapter 3. Using the Finite Element Method in order to determine
axial force and bending moment of members in structure. Checking loading
capacity of structure.
♦ Achievements :
- Loading capacity : 2 projects can be used for H30 live load.
- Economical aspect : Project 2 is cheaper.
- Aesthetic aspect : The bridge in project 2 is more beautiful than
project 1.
Chapter 5 : CONCLUSION, RECOMMENDATION AND NEXT
RESEARCHING PLAN.
Luận văn Thạc Só


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN (ABSTRACT)
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM MẠNG LƯỚI
Đề mục
1.1)
1.2)
1.2.1)
1.2.2)
1.2.3)
1.2.4)
1.2.5)
1.3)

Giới thiệu chung
Một số cầu Vòm Mạng Lưới trên thế giới
Cầu Steinkjer – NaUy
Cầu Cầu Bolstadstraumen – NaUy
Hai cây cầu vượt eo biển Akvik phía Bắc NaUy
Cầu Shinhamadera – Yoshikawa, Nhật Bản
Cầu Vòm ở Providence, Rhode Island, USA
Tính kinh tế của cầu Vòm Mạng Lưới

Trang
1
4
4
6
7
8
10
10


CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG CẦU VÒM MẠNG LƯỚI CHO
GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ TẠI VIỆT NAM
2.1)
Phân tích điều kiện địa hình, địa chất, khí hậu, sông ngòi, nhu
cầu thông thuyền của một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam (Đồng bằng sông
Cửu Long, TPHCM……)
14
2.2)
Phân tích điều kiện thi công
19
2.2.1)
Phương pháp 1
19
2.2.2)
Phương pháp 2
20
CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH, NGHIÊN CỨU KẾT CẤU CẦU VÒM MẠNG LƯỚI
3.1)
3.1.1)
3.1.2)

Các bộ phận kết cấu chính trong cầu Vòm Mạng Lưới
Vòm
Hệ kết cấu bên dưới : Dầm chủ và bản mặt cầu

Luận văn Thạc Só

22

22
24


3.1.3)
3.2)
3.2.1)
3.2.2)
3.3)
3.4)
3.4.1)
3.4.2)

Dây treo
26
Các bước thiết kế sơ bộ cầu Vòm Mạng Lưới
28
Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của cầu
28
Tính toán lựa chọn sơ bộ tiết diện của các bộ phận kết cấu
31
Kiểm toán việc lựa chọn các thông số cơ bản cho nhịp L=160m
theo tiêu chuẩn thiết kế và tải trọng Việt Nam.
37
Nghiên cứu sơ đồ dây treo hợp lý
41
Tổng quan
41
Lựa chọn sơ đồ dây cho nhịp 160m
43


CHƯƠNG 4
TÍNH TOÁN VÍ DỤ CỤ THỂ CÔNG TRÌNH CẦU BÌNH TRIỆU II –
THAY THẾ 3 NHỊP BTCT LIÊN TỤC (48.85 + 61 + 48.85) M ( ∑ L = 158.7 M )
BẰNG CẦU VÒM MẠNG LƯỚI NHỊP L = 160 M

4.1)
4.2)
4.3)
4.4)

Cầu Bình Triệu II
Khả năng chịu lực của kết cấu
Tính kinh tế
Tính kiến trúc thẩm mỹ

67
68
81
82

CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN CHUNG - KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP
5.1)
5.2)
5.3)

Kết luận chung
Kiến nghị
Hướng nghiên cứu tiếp


Tài liệu tham khảo

PHỤ LỤC
Sơ đồ tính, mô hình và kết quả nội lực Sap 2000

Luận văn Thạc Só

85
87
88


MỞ ĐẦU

I.ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Lịch sử phát triển của những cây cầu trên thế giới đã trải qua nhiều giai đoạn.
Bắt đầu từ việc chặt những cành cây bắc qua các sông rạch nhỏ phục vụ nhu cầu đi lại,
cho đến ngày nay đã có những chiếc cầu đi vào lịch sử với chiều dài nhịp lên đến 2 km
và một kết cấu rất thanh mảnh.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển không ngừng, Việt Nam được đánh
giá là một trong những quốc gia đang phát triển có tốc độ tăng trưởng kinh tế rất ấn
tượng và vững chắc. Song song đó là sự lớn mạnh của các lónh vực, các ngành công
nghiệp trong đó có ngành Giao Thông Vận Tải. Hàng loạt các công trình cầu đường đã
được xây dựng để phục vụ nhu cầu đi lại của xã hội. Kết cấu cầu hiện hữu ở Việt Nam
rất đa dạng, từ kết cấu BTCT nhịp giản đơn, cầu dàn, cầu vòm, cầu BTCT nhịp liên
tục… cho đến các kết cấu hiện đại đã được xây dựng với sự hỗ trợ giúp đỡ của các kỹ sư
tư vấn nước ngoài như cầu dây văng Mỹ Thuận, cầu treo sông Hàn, cầu Bãi Cháy –
Quảng Ninh, sắp tới là cầu Phú Mỹ, cầu Cần Thơ…
Bên cạnh vấn đề về khả năng chịu lực của kết cấu, độ thanh mảnh của cầu rất

quan trọng nếu đứng trên quan điểm kiến trúc. Leonhard đã nói : “Chúng ta cần phải
hòa nhập cầu với môi trøng, cảnh quan thành phố, đặc biệt là mối tương quan và tỉ
lệ của cầu với khung cảnh xung quanh. Một thời gian dài trong quá khứ, chúng ta đã
sai lầm khi đặt những khối bê tông khổng lồ vào trái tim của những thành phố hoa
lệ… Đôi lúc, chính những chiếc cầu nhịp dài với chiều cao dầm lớn đã làm xấu đi cả
một thị trấn với những thung lũng thơ mộng”. Đây cũng chính là vấn đề mà ở Việt
Nam ngày càng trở nên bức thiết.
Tất cả lý do trên chính là cơ sở hình thành đề tài. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
nhằm giới thiệu một kết cấu cầu mới không chỉ đạt yêu cầu về khía cạnh kiến trúc mà
còn có hiệu quả kinh tế rất lớn : cầu Vòm Mạng Lưới.
II.GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Trong kết cấu cầu mới này, ngoài việc nghiên cứu tính toán đưa ra các thông số
kỹ thuật cơ bản của Cầu Vòm Mạng Lưới, đề tài tập trung nghiên cứu đến sự làm việc
của hệ dây treo : sự phân bố dây treo, số lượng dây treo, ảnh hưởng của sự sắp xếp sơ
đồ dây treo đến sự phân bố nội lực trong các bộ phận khác của cầu.
III.HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Trong phạm vi khuôn khổ của luận văn thạc só, do thời gian hạn chế, nên đề tài
chưa thể nghiên cứu sâu về công nghệ thi công của loại cầu này. Cũng như cầu dây
văng, quá trình thi công với các biện pháp điều chỉnh nội lực trong dây treo là một vấn
đề rất đáng quan tâm và nghiên cứu.
Luận văn Thạc Só


- Trang 1 Chương 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM MẠNG LƯỚI
v Mục tiêu nghiên cứu : tìm hiểu về một loại kết cấu cầu mới trên thế giới.
v Phương pháp nghiên cứu : thu thập tài liệu nước ngoài, liên lạc với các
chuyên gia nghiên cứu về loại cầu này trên thế giới.
v Kết quả đạt được : thấy được ưu khuyết điểm và khả năng ứng dụng của
loại kết cấu này.

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG
Cầu Vòm Mạng Lưới là gì ?
Kết cấu được gọi là “Cầu Vòm Mạng Lưới” (“network arch bridge”)
do phát minh của Giáo sư Tiến só Per Tveit, người Na Uy. Ông định nghóa nó là
cầu Vòm có dây treo xiên cắt ít nhất 2 dây treo khác. (Tveit [4]). Mô tả ngắn gọn
về loại cầu này được trình bày dưới đây.
Những đặc điểm chính
Để khai thác được hiệu quả của loại cầu này, những đặc điểm dưới đây
phải được ứng dụng. Vòm phải là 1 phần của đường tròn, vì điều này sẽ đơn giản
hóa việc chế tạo. Dây treo được bố trí cách đều trên Vòm và không gặp nhau tại
1 điểm. Điều này sẽ giảm uốn do cong cục bộ và tăng khả năng ổn định cho
Vòm. Kết cấu dưới là tấm bản bê tông đặt trên dầm dọc chủ. Dự Ứng Lực theo
phương dọc dầm chủ sẽ chịu lực ngang tại chân Vòm. Ngoài ra, DƯL sẽ giúp
tăng tuổi thọ bê tông. Đối với cầu có khoảng cách giữa 2 Vòm lớn hơn 12 m, nên
xem xét đến DƯL theo phương ngang cầu để kết cấu được thanh mảnh. Số lượng
dây treo thường sẽ nhiều hơn lượng dây treo trong cầu Vòm có dây treo thẳng
đứng. Sự bố trí, sắp xếp dây treo luôn là vấn đề chính cần quan tâm trong dạng
kết cấu này.
So sánh với cầu Vòm có dây treo thẳng đứng, cầu Vòm Mạng Lưới chịu
uốn ít hơn. Cầu làm việc như dầm giản đơn, có độ cứng lớn hơn và biến dạng nhỏ
hơn. Hình 1.1 sẽ giúp giải thích lý do này.

Luận văn Thạc Só


- Trang 2 -

Hình 1.1a Vòm dây treo thẳng đứng làm việc khi chịu tải đặt trên ½ nhịp.
(Tveit [4])


Hình 1.1b Vòm 1 lưới dây xiên làm việc khi chịu tải đặt trên ½ nhịp.
(Tveit [4])
Hình 1.1a, 1.1b : Biến dạng của Vòm dây thẳng và Vòm dây xiên khi
chịu tải phân bố đặt trên ½ nhịp. Tải trọng phân bố ½ nhịp sẽ gây biến dạng phần
trên Vòm và phần dưới kết cấu nhịp trong cầu Vòm dây treo thẳng đứng. Điều
này gây moment uốn lớn và như vậy Vòm cũng như hệ dầm phải có tiết diện lớn.
Trong cầu Vòm Mạng lưới, dây xiên sẽ hạn chế biến dạng này, và uốn sẽ chỉ
xuất hiện khi chịu tải cục bộ, do đó Vòm và hệ dầm hầu như chỉ chịu lực dọc.
Hình 1.2 thể hiện so sánh đường ảnh hưởng moment uốn giữa cầu Vòm dây thẳng
và cầu Vòm dây xiên.

Luận văn Thạc Só


- Trang 3 -

Hình 1.2. Diện tích, độ cứng và đường ảnh hưởng trong 2 cầu Vòm.(Tveit [4]).
Với độ cứng lớn nhờ mạng lưới dây, ít chịu uốn theo phương dọc cầu,
cầu Vòm dây xiên sẽ thanh mảnh hơn cầu Vòm dây thẳng. Sử dụng số lượng dây
treo nhiều, tiết diện dây treo có thể rất nhỏ.
Tóm lại, các phần tử trong cầu Vòm Mạng Lưới hầu như chỉ chịu lực nén
dọc trục, và Vòm ổn định hơn. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ
thuật, sự xuất hiện của vật liệu cường độ cao, rõ ràng đây là kết cấu cho tương lai
(Seidel).
Luận văn Thạc Só


- Trang 4 1.2.MỘT SỐ CẦU VÒM MẠNG LƯỚI TRÊN THẾ GIỚI
Cầu Vòm Mạng Lưới đã được được xây dựng rất nhiều tại Bắc Âu, NaUy,
Nhật Bản, Mỹ và một số nước khác, đặc biệt là những vùng ngoại ô có khung

cảnh thơ mộng. Dưới đây là một số nét tổng quan, các thông số cơ bản về các cây
cầu.
1.2.1.Cầu Steinkjer – NaUy :

Hình 1.3.Tổng thể Cầu Vòm Mạng Lưới ở Steinkjer, NaUy (Tveit [4]).

Luận văn Thạc Só


- Trang 5 -

Hình 1.4.Mặt cắt ngang Cầu Vòm Mạng Lưới ở Steinkjer, NaUy
Cây cầu được xây dựng ở Thành phố Steinkjer cách phía Bắc Trondheim
120 km. Được khánh thành vào mùa xuân 1963. Xem hình 1.3, 1.4 và hình 1.5
Cầu vòm được xây vào thời đó đều có mặt cắt ngang Vòm dạng tam giác.
Cầu Vòm Mạng Lưới được chọn xây dựng vì mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Cầu được thi công trên hệ coffa gỗ đặt trên trụ. Dây treo chịu kết cấu bản
mặt cầu bê tông cốt thép được thiết kế bằng các sợi cáp. Sau đó, hệ coffa gỗ được
Luận văn Thạc Só


- Trang 6 tháo dỡ. Kích thước của các cấu kiện được đo đạc rất cẩn thận trước khi thi công
hệ khung thép. Công việc điều chỉnh dây treo đã được quan tâm theo dõi, đặc
biệt trong suốt quá trình thi công hệ khung thép nhằm kiểm soát được “ứng suất
thi công”.
Lực trong dây treo được xác định bằng cách đo độ võng của dây gây bởi
lực theo phương ngang. Việc quyết định những dây treo nào cần điều chỉnh được
căn cứ trên kết quả so sánh lực thực tế trong dây với lực tính toán và dạng tải tác
dụng lên vòm cũng như bản mặt cầu.


Hình 1.5. Kích thước cơ bản của cầu Vòm ở Steinkjer, NaUy.
1.2.2.Cầu Bolstadstraumen – NaUy

Hình1.6. Cầu Bolstadstraumen. Nhịp chính L = 84 m (Tveit [4]).
Luận văn Thạc Só


- Trang 7 Cây cầu Vòm Mạng Lưới thứ 2 ở NaUy được bắc qua Bolstadtraumen,
cách 60 km về phía Tây Bắc Bergen. Cầu được hoàn thành vào đầu xuân 1964.
Xem hình 1.6. Cho đến thời điểm này, trong cả 2 cầu Steinkjer và
Bolstadstraumen, không có dây treo nào bị giãn (các dây treo vẫn làm việc trong
giai đoạn đàn hồi) khi chịu các tổ hợp tải trọng thông thường.
Một số tài liệu nghiên cứu của các nước Châu Âu định nghóa : “độ mảnh
của cầu vòm bằng chiều dài nhịp chia cho tổng chiều dày của “đoạn” vòm trên
và hệ kết cấu dưới”. Như vậy, độ mảnh càng lớn tức là cầu càng thanh mảnh và
đạt yêu cầu về thẩm mỹ càng cao. Nếu theo định nghóa này, độ mảnh của cầu
Bolstadstraumen là 91. Đây đã từng là cầu thanh mảnh nhất thế giới trong vòng
36 năm.
Vào thời điểm này kỷ lục đó đã bị phá vỡ. Độ mảnh của cầu Akvik ở
Bắc NaUy là 135/(0.403+0.5) = 150. Ngoài ra, theo thiết kế đề xuất của cầu
Skodje sắp được xây dựng ở Na Uy, độ mảnh của nó sẽ gấp đôi độ mảnh của cầu
Bolstadstraumen.
1.2.3.Hai cây cầu vượt eo biển Akvik phía Bắc NaUy
Từ năm 1997 đến 1998 một nhóm các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm các loại
cầu thép tối ưu nhịp L = 120 đến L = 300 m. Nhóm đã bắt đầu với 2 cầu thể hiện
trên hình 1.7. Một cầu nhẹ hơn có sử dụng DƯL căng trước. Cây cầu còn lại
không sử dụng cáp DƯL. Kích thước vòm và hệ giằng gió được trình bày trên
hình 1.8.

Hình 1.7. Hai cầu thiết kế vượt eo biển Akvik phía Bắc NaUy (Tveit [4]).


Luận văn Thạc Só


- Trang 8 -

Hình 1.8.Kích thước vòm và hệ giằng gió trên vòm.
Mặt cắt ngang của cầu thể hiện trên hình 1.9. Kết cấu bằng bê tông có
cường độ (mẫu lập phương) 45 Mpa. Khi bê tông cường độ cao hơn (55 Mpa)
được sử dụng thì kết cấu dầm còn thanh mảnh hơn nữa, số lượng dây treo có thể
giảm được 15%.

Hình 1.9.Mặt cắt ngang cầu.
1.2.4.Cầu Shinhamadera – Yoshikawa, Nhật Bản
Cầu Vòm Mạng Lưới không chỉ phát triển mạnh ở Bắc Âu, Nhật Bản
cũng đã xây dựng hàng loạt các cầu loại này. Nhật Bản là một đất nước nhỏ và
điều quan trọng đối với họ là làm cho đất nước mình đẹp hơn với những cây cầu
ấn tượng. Nhiều cầu ở Nhật có hình dáng giống cây cầu Akvik ở NaUy. Một nửa
trong số các cầu vòm mạng lưới ở Nhật có kết cấu vòm song song – NaKai 1995.
Hầu hết các nghiên cứu về sau ở Nhật đều quan tâm đến cầu có vòm nghiêng về
phía nhau.

Luận văn Thạc Só


- Trang 9 -

Hình 1.10. Cầu Shinhamadera xây dựng năm 1991, Yoshikawa 1993 (Tveit [5]).
Cầu Shinhamadera trên hình 1.10 là cây cầu vòm mạng lưới có nhịp
dài nhất ở Nhật tính đến thời điểm năm 2000, chiều dài nhịp L = 254 m.

Trong hầu hết cầu Vòm mạng lưới ở Nhật, các dây treo đều có cùng độ
nghiêng. Đó cũng là điểm chung của các cầu đã xây dựng ở Thụy Điển giữa 2 thế
chiến. Độ dốc không đổi của các dây treo làm cho công việc thiết kế trở nên đơn
giản hơn rất nhiều.
Vòm của cầu Shinhamadera (hình 1.10) nghiêng về phía nhau, không
những tạo cảm giác thẩm mỹ mà còn giảm được nội lực trong giằng gió và cổng
cầu.
Luận văn Thạc Só


- Trang 10 1.2.5. Cầu Vòm ở Providence, Rhode Island, USA
Vào thời điểm năm 2000, cầu vòm mạng lưới mới được bắt đầu thiết kế
ở Providence, đảo Rhode – USA. Hình 1.11 cho thấy khía cạnh kiến trúc đầy ấn
tượng của cầu. Nhịp chính L = 120 m. Kết cấu với 3 vòm bố trí song song nhau
(hình 1.12) vì cầu có bề rộng lên tới 47 m.

Hình 1.11. Cầu Vòm ở Providence, Rhode Island, USA (Tveit [5]).

Hình 1.12. Cầu vòm Providence, Rhode Island, USA với 3 vòm song song.
1.3.TÍNH KINH TẾ CỦA CẦU VÒM MẠNG LƯỚI
Mặc dù cầu Vòm Mạng Lưới mới phát triển và được xây dựng trong vài
thập niên trước trên thế giới, nhưng đã có nhiều công trình nghiên cứu chứng
Luận văn Thạc Só


- Trang 11 minh : Cầu Vòm Mạng Lưới không chỉ có độ mảnh lớn, khả năng chịu lực tốt mà
còn mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Hình 1.13.Kg thép/m2 trong các loại cầu khác nhau ứng với chiều dài nhịp
(Tveit [4]).

Trên hình 1.13 trình bày biểu đồ so sánh khối lượng vật liệu thép (tính
theo kg/m2) sử dụng khi xây dựng các loại cầu ứng với chiều dài nhịp : dàn thép,
cầu dầm thép, cầu Vòm thép, cầu treo dây văng, cầu Vòm Mạng Lưới với bản
BTCT – cầu Akvik Sound. Trục tung của biểu đồ thể hiện khối lượng thép kg /
m2; trục hoành thể hiện chiều dài nhịp m.
Với cùng khẩu độ nhịp L = 100 – 300 m, khối lượng thép cần thiết cho 1
2
m cầu dạng Vòm Mạng Lưới sẽ ít hơn nhiều khi so sánh với cầu dàn thép, cầu
dầm thép, cầu treo dây văng. Biểu đồ trên hình 1.13 cho thấy : với khẩu độ L =
100 m, khối lượng thép dùng trong kết cấu cầu Vòm Mạng Lưới khoảng 170
kg/m2, cầu treo dây văng 370 kg/m2 và cầu dàn thép cần khoảng 390 kg/m2.
Cầu liên tục bằng BTCT DƯL có tiết diện thay đổi thi công bằng phương
pháp đúc hẫng cân bằng là một trong những kết cấu rất phổ biến ở Việt Nam
hiện nay. Nhiều công trình dạng này đã, đang và sẽ được xây dựng trong thời
gian sắp tới như : cầu Bình Triệu II, cầu Tân Thuận II ở TPHCM; cầu Thủ Bộ,
cầu Tân An, cầu Kênh Nước Mặn, cầu Cái Môn, cầu Bến Lức mới ở Long An, và
còn nhiều cây cầu khác nữa. Tuy nhiên, nếu những cây cầu trên được thiết kế
dạng cầu Vòm Mạng Lưới sẽ tiết kiệm được khoảng 25 – 30% giá thành. Kết quả
nghiên cứu của Fries, C. and Hommel, D vào năm 1990 đã chứng minh tính kinh
tế của cầu Vòm Mạng Lưới so với cầu BTCT liên tục :
Luận văn Thạc Só


- Trang 12 SO SÁNH GIỮA PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG BTCT NHỊP LIÊN TỤC VÀ
PHƯƠNG ÁN CẦU VÒM MẠNG LƯỚI CHO CẦU WEST BRIDGE TẠI
GREAT BELT LINK (Fries, C. and Hommel, D. [3]).

Trọng lượng lớn nhất kết cấu nhịp dầm : 5800T Trọng lượng lớn nhất kết cấu nhịp vòm: 4000T
Trọng lượng bê tông / m dài : 100%
Trọng lượng bê tông / m dài : 45 – 55 %

Trọng lượng thép / m dài : 100%
Trọng lượng thép / m dài : 50 – 75 %
Trụ cầu / m dài : 1/110
Trụ cầu / m dài : 1/220
Lực tác dụng lên trụ / m dài : 100%
Lực tác dụng lên trụ / m dài : 45 – 55 %
Cường độ bê tông (dạng trụ) : 55 Mpa
Cường độ bê tông của thanh : 55-65 Mpa
Cường độ bê tông của vòm : 80-90 Mpa
Giá kết cấu hạ tầng : 100%
Giá kết cấu hạ tầng : 50 – 75 %
Giá kết cấu thượng tầng : 100%
Giá kết cấu thượng tầng : 60 – 80 %
Tiết kiệm giá thành : 25 – 30 %

Hình1.14 Khối lượng thép trên m2 của các cầu Vòm (Brunn,B and Schanack,F [7])
Luận văn Thạc Só


- Trang 13 Hình 1.14 so sánh khối lượng thép của cầu Mạng Lưới Akviksound với các
cầu Vòm dây treo thẳng đứng xây dựng gần đây của Đức. Trục hoành thể hiện
tên cầu và chiều dài nhịp, trục tung thể hiện lượng thép trên mét vuông cầu. Thời
gian cầu được xây dựng được ghi kèm trên biểu đồ. Khối lượng thép được bao
gồm luôn cả cáp DƯL. Cầu có đánh dấu chữ N là cầu không có hệ giằng gió. Cầu
có đánh dấu chữ S là cầu có 2 Vòm nghiêng về phía nhau. Biểu đồ trên cho thấy
cầu Vòm thép dây treo thẳng đứng cũng tiêu tốn một lượng thép giống như các
loại cầu thép khác. Từ đó cho thấy rằng cầu Vòm Mạng Lưới hoàn toàn có khả
năng cạnh tranh với nhiều loại cầu khác nhau.
Luận điểm


Các loại cầu Vòm thép (phục vụ cho đường bộ)
so sánh với cầu Vòm Mạng Lưới
Kiến trúc
Kết cấu thô và lớn hơn
Khả năng
Hệ kết cấu dưới dày hơn 2 đến 8 lần.
thích ứng
Độ thông thuyền giảm đáng kể
Vật liệu
Lượng thép sử dụng lớn hơn từ 2 đến 4 lần
Chống rỉ
Bề mặt cần bảo vệ nhiều hơn từ 3 đến 7 lần
Thi công
Khối lượng đường hàn : dài hơn từ 15 đến 30 lần
Bảng1.15. Những luận điểm cho thấy cầu Vòm Mạng Lưới ưu việt hơn cầu Vòm
dây treo thẳng đứng (Brunn,B and Schanack,F [7]) .

Qua đó cho thấy, nếu ứng dụng được cầu Vòm Mạng Lưới vào Việt Nam thì
không chỉ đạt được yêu cầu về mỹ quan kiến trúc mà còn có thể tiết kiệm được
chi phí rất nhiều cho ngành Giao Thông Vận Tải nói riêng và cho xã hội nói
chung. Đây cũng chính là lý do hình thành và là mục tiêu của đề tài.

Luận văn Thạc Só


- Trang 14 Chương 2 :
PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG CẦU VÒM MẠNG LƯỚI CHO GIAO
THÔNG ĐƯỜNG BỘ TẠI VIỆT NAM
v Mục tiêu nghiên cứu : Liệu kết cấu cầu Vòm Mạng Lưới có khả năng ứng
dụng cho giao thông đường bộ tại Việt Nam ?

v Phương pháp nghiên cứu : thu thập tài liệu về địa hình, địa chất, khí hậu… của
một số vùng, khu vực ở Việt Nam.
v Kết quả đạt được : hoàn toàn thích hợp cho việc xây dựng cầu Vòm Mạng
Lưới tại Việt Nam.
2.1.PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH, ĐỊA CHẤT, KHÍ HẬU, SÔNG
NGÒI, NHU CẦU THÔNG THUYỀN CỦA MỘT SỐ VÙNG TRÊN LÃNH
THỔ VIỆT NAM (ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG, TPHCM……)
Về điều kiện tự nhiên, đồng bằng Việt Nam là khu vực có hệ thống sông rạch
khá dày đặc, hầu hết được sử dụng cho giao thông đường thủy. Ngoài sông Hồng
sông Tiền, sông Hậu... là những sông phải đảm bảo cho tàu biển có thể qua lại, thì
các sông khác đều đòi hỏi nhu cầu tónh không đứng thông thuyền từ 1 đến 7 m, bề
rộng mặt cắt ngang của sông từ 20m đến 150m. Vì vậy các cầu bắc qua sông ngòi ở
đây đòi hỏi chiều dài nhịp từ 30m đến 200m.
Dưới đây là thống kê các thông số tónh không của các cầu thuộc vùng sông ngòi
các tỉnh phía Nam :

STT

TÊN CẦU

I
1
2
3

SÔNG ĐỒNG NAI
Cầu Hóa An
Cầu Ghềnh
Cầu Đồng Nai


II

SÔNG SÀI GÒN

1
2

Cầu Trảng Bàng
Cầu Phú Cường

Luận văn Thạc Só

KẾT
CẦU

CẤU TĨNH
KHÔNG
(m)

CHIỀU
RỘNG
Khoảng
TT (m)

BTCT
Thép
BTCT

7
5

5.5

40
30
40

Thép
BTCT

5.5
5.5

16
20


- Trang 15 3
4
5
6
7
III
1

Cầu Phú Long
Cầu Bình Phước
Cầu Bình Lợi
Cầu Bình Triệu
Cầu Sài Gòn
KINH TẺ

Cầu Tân Thuận

Thép
BTCT
Thép
BTCT
BTCT

3.5
6.5
1.8
6.5
8.5

30
20
30
40
40

Thép - BTCT

5.5

32

IV
1
2


KINH ĐÔI
Cầu Chữ Y
Cầu Nhị Thiên Đường

BTCT
BTCT

5.5
4.7

25
30

V
1

RẠCH ÔNG
Cầu Rạch Ông

BTCT

5.5

20

VI
1
2
3


SÔNG CH ĐỆM BẾN LỨC
Cầu Bình Điền
Cầu Chợ Đệm
Cầu An Thạnh

BTCT
BTCT
BTCT

5.5
5.5
5.5

20
20
20

VII
1
2

SÔNG VÀM CỎ ĐÔNG
Cầu Bến Lức
Cầu Gò Dầu

BTCT

6.5
7


40
30

VIII
1
2

SÔNG VÀM CỎ TÂY
Cầu Sắt
Cầu Tân An

Thép
BTCT

5.6
8.5

40
40

IX
1
2
3
X
1
2
3

KINH THỦ THỪA

Cầu Vàm Thủ Đoàn
Cầu treo Thủ Thừa
Cầu treo Vàm Thủ
KINH ĐỒNG THÁP MƯỜI SỐ 1
Cầu Tân Thạnh
Cầu Tam Nông
Cầu An Long

BTCT
Cầu treo
Cầu treo

4.5
3.5
3.5

20
20
20

4.2
3.8
3

20
15
18

XI
1

2

KINH ĐỒNG THÁP MƯỜI SỐ 2
Đập Rạch Chanh
Cống Phú Mỹ

2.8
3

7
5.5

Luận văn Thạc Só


- Trang 16 3
4
5
6
7
8
9

Cầu Bà Bèo
Cầu Kinh 12
Cầu Kinh Xáng
Cầu Thiên Hộ
Cầu Kinh 25
Cầu Mỹ An
Cầu Phong Mỹ


4
4
4.6
4.4
4.6
4
3.8

25
20
18
18
15
18
24

XII
1

KINH CH GẠO
Cầu Chợ Gạo

BTCT

8

26

XIII

1
XIV
1

KINH CHẸT SẬY
Cầu Chẹt Sậy
SÔNG BẾN TRE
Cầu Bến Tre

Thép - BTCT

5.6

35.5

Thép

4

20

XV
1

KINH MỎ CÀY
Cầu Mỏ Cày

Thép - BTCT

5


20

XVI
1

KINH CH LÁCH
Cầu Chợ Lách

Thép - BTCT

7

30

XVII
1

SÔNG MĂNG THÍT
Cầu Măng Thít

7

20

XVIII
1
2

RẠCH CẦN THƠ

Cầu Cái Răng
Cầu Quang Trung

BTCT
BTCT

7
9

20
60

XIX
1
2

KINH XÀ NO
Cầu Trịnh Hữu Nghóa
Cầu Đoàn Kết

Thép
Thép

3.2
3.2

19
19

XX

1
2
3
4
5

KINH QUẢN LỘ - PHỤNG HIỆP
Cầu Phụng Hiệp
Cầu Ngã 5
Cầu Phước Long
Cầu Sắt Cà Mau
Cầu Bê tông Cà Mau

BTCT
Thép
Thép - BTCT
Thép - BTCT
BTCT

4.6
5.1
4.5
4
4.5

30
16
20
20
20


XXI
1

KINH PHÚ HỮU BÃI XÀU
Cầu Tân Thạnh

Thép

5.7

20

Luận văn Thạc Só