Một số nội dung trong thiết kế cáp văng - Tác giả: Virlogeux

Chia sẻ: Xuan Truong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

0
565
lượt xem
278
download

Một số nội dung trong thiết kế cáp văng - Tác giả: Virlogeux

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cầu dây văng hiện đạt được ngày càng nhiều hơn các thành tựu trên toàn thế giới do có kết cấu phù hợp với chiều dài nhịp lớn (đến 1200 mét) và giúp mở ra nhiều giải pháp kiến trúc phù hợp. Dây văng tất nhiên là yếu tố quan trọng nhất trong cầu và do đó, phải được thiết kế với cường độ, sức kháng mỏi và tuổi thọ cao.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Một số nội dung trong thiết kế cáp văng - Tác giả: Virlogeux

  1. MỘT SỐ NỘI DUNG TRONG THIẾT KẾ CÁP VĂNG VIRLOGEUX, Michel Hiệp hội kết cấu bê tông quốc tế (FIB) – Pháp Người dịch: Ngô Văn Minh Tóm tắt Cầu dây văng hiện đạt được ngày càng nhiều hơn các thành tựu trên toàn thế giới do có kết cấu phù hợp với chiều dài nhịp lớn (đến 1200 mét) và giúp mở ra nhiều giải pháp kiến trúc phù hợp. Dây văng tất nhiên là yếu tố quan trọng nhất trong cầu và do đó, phải được thiết kế với cường độ, sức kháng mỏi và tuổi thọ cao. Tuy nhiên, vấn đề thi công, điều kiện bảo dưỡng cho dây phải đặc biệt chú ý. Thêm nữa, khá nhiều cầu cũng phải chịu dao động của dây, một hiện tượng có thể khó dự đoán do bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố sinh ra. May mắn là hiện nay đã phát triển được nhiều giải pháp hữu hiệu, tuy nhiên, một số bài toán mới lại đang được đặt ra : như vấn đề bảo vệ chống cháy và chống sét. 1. Giới thiệu chung – Hệ thống sợi song song và hệ thống tao song song Trong 30 năm qua, chúng ta đã chứng kiến bước phát triển quan trọng trong công nghệ dây văng. Ban đầu, chúng là các tao cáp lớn hoặc cấu tạo bởi một hệ thống các tao tương đối lớn hay tạo bởi các cuộn cáp vỏ cài(1) được mạ nhúng hoặc sơn bảo vệ, với những nhược điểm lớn liên quan đến chi phí và theo kinh nghiệm là khả năng chống ăn mòn kém. Trong những năm 70, một công nghệ mới được phát triển sử dụng các sợi (thông thường có đường kính 7 mm) hoặc các tao (đường kính 15 mm) song song, được bơm vữa xi măng xen kẽ, bọc trong lớp vỏ làm bằng Polyethylene mật độ cao (HDPE). Giải pháp này cũng tồn tại một số nhược điểm: đôi khi cho sức kháng mỏi của dây khá thấp, và chủ yếu là các vấn đề đứt gãy do ăn mòn. Vữa xi măng đôi khi được thay thế bằng sáp dầu (ví dụ như ở các cầu Tampico và cầu Iroise), hoặc với một số trường hợp khác thì bằng nhựa epoxy (tao bọc nhựa epoxy, ví dụ như cầu qua sông Ibi và Kiso). Tuy nhiên hiện nay đã phát triển hai hệ thống hiện đại cạnh tranh trực tiếp với nhau. Hệ thống thứ nhất đưa ra đầu tiên bởi công ty Freyssinet từ cuối những năm 1980, theo đó các dây văng chế tạo từ các tao song song được bảo vệ độc lập: tao 7 sợi, tất cả các sợi được mạ kẽm nhúng nóng và được kéo trước, với lớp bọc ngoài bằng HDPE. Các 1
  2. tao 15 mm bọc bởi một ống nhựa bao ngoài, chủ yếu vì các lý do liên quan đến khí động học. Giải pháp này được gọi là Hệ Thống Tao Song Song (Parallel Strand System - PSS), trong thực tế có thể tồn tại cùng với một số cải tiến khác. Trong hệ thống thứ hai, được gọi là Hệ Thống Sợi Song Song (Parallel Wire System – PWS), dây văng được cấu tạo từ các sợi mạ kẽm song song (các sợi có thể được xoắn nhẹ để giữ ổn định), được bảo vệ bởi một lớp HDPE dày bao ngoài. Giải pháp này được đề ra từ hệ thống BBR Hi-Am phát minh trước đây đã lâu. Ở phương Tây: Châu Âu và Mỹ, thực tế tất cả các dây văng chế tạo gần đây đều thuộc hệ thống PSS, còn hệ thống PWS được phát triển rất mạnh ở Nhật Bản và Trung Quốc. Việc phân tích điểm mạnh và điểm hạn chế của hai giải pháp này do vậy là thực sự rất cần thiết. 2. Lực kéo khí động học(2) trong dây văng Do công nghệ đặc thù của hệ thống PSS, đường kính ngoài của dây văng theo hệ thống này sẽ lớn hơn đường kính của dây văng dạng PWS (vốn có kết cấu đặc chắc) hơn một chút. Sự khác biệt này chính một lý do dẫn đến việc sử dụng hệ thống PWS cho một số cầu dây văng nhịp dài được xây dựng gần đây ở vùng Viễn Đông. Vấn đề này đòi hỏi phải có một số phân tích cụ thể, bắt đầu từ việc xem xét lại các dữ liệu về hệ số kéo khí động học của dây văng. Hệ số kéo khí động học của ống bọc cáp. Lực kéo khí động học tác dụng lên một dây – cũng giống như trong các tài liệu khác – được tính bằng: 1 Fd = ρU 2 DC d 2 trong đó ρ là tỉ trọng của không khí (1.23 kg/m3), U là vận tốc gió, D là đường kính của cáp và Cd là hệ số giãn khí động học. Với dây hình trụ tròn truyền thống, hệ số này sẽ có giá trị khá cao ứng với giá trị nhỏ của vận tốc gió, hoặc chính xác hơn là của hệ số Reynolds : UD Re = υ trong đó, υ là độ nhớt của không khí, bằng 15.10-6 trong hệ MKSA, hệ số giãn khí động học bằng khoảng 1.20 trong vùng dưới giá trị tới hạn. Ứng với giá trị tới hạn của hệ số Reynolds (thường nằm trong khoảng từ 2.105 đến 5.105), tùy thuộc vào độ nhăn của 2
  3. ống nhựa, hệ số giãn khí động học giảm xuống đột ngột và đạt tới giá trị khoảng 0.6 hoặc 0.5 (hoặc thậm chí còn thấp hơn) trong vùng vượt quá giá trị tới hạn của hệ số Reynolds. Khi giá trị của hệ số Reynolds tiếp tục tăng lên, hệ số giãn khí động học cũng tăng lên và đạt đến giá trị ổn định trong vùng siêu tới hạn(3), phụ thuộc vào độ nhăn của ống. Hình 1 : Hệ số giãn của ống nhựa (dạng truyền thống) phụ thuộc vào giá trị của hệ số Reynolds và độ nhăn của vỏ ống (theo C.S.T.B) Các dây văng truyền thống thường rơi vào vùng trên tới hạn(4) khi chịu gió lớn cực hạn, tuy nhiên, hệ số giãn khí động học vẫn có thể tăng lên trong những trường hợp gió thông thường, khoảng 10 m/s, tức là ứng với vùng dưới tới hạn(5) hoặc vùng tới hạn(6). Lực gió thường được tính với giá trị này bằng 0.70 ( thậm chí là 0.80 trong những phân tích rất thiên về an toàn) để bao hết các yếu tố không xác định được do sự phát triển của độ nhăn vỏ ống bọc theo thời gian. Với cầu Normandie, chúng tôi đã đánh giá ảnh hưởng giãn khí động học tổng thể trong dây văng với hệ số 0.65 với quan điểm: không thể xảy ra trường hợp tất cả các dây cùng rơi vào trạng thái bất lợi ở cùng thời điểm. Các loại dây văng hiện đại đều được bọc trong vỏ (hay đặt trong ống), được xử lý về hình dạng để làm giảm nguy cơ dao động dây do tác nhân mưa & gió (trình bày ở dưới đây). Các xử lý hình dạng này gây ảnh hưởng rõ ràng đến hiệu ứng giãn khí động học của dây và do đó, phải được nghiên cứu, xem xét. 3
  4. Hình 2 : Ống bọc cáp của cầu Higushi Kobe Hình 2 minh họa loại ống bọc bằng HDPE có xử lý hình dạng đầu tiên bằng cách tạo thêm các sườn chạy dọc tạo thành rãnh dẫn nước chảy xuống. Loại này đã được lắp đặt ở cầu Higashi-Kobe, Nhật Bản, tuy nhiên các rãnh sâu này cũng làm tăng hệ số giãn khí động học của loại vỏ ống trụ truyền thống từ giá trị 0.5-0.6 lên tới 1.3. Trong quá trình thi công cầu Normandie, công ty Monberg & Thorsen và văn phòng thiết kế của mình đã làm rõ được ảnh hưởng xấu của dao động gây ra do tác nhân mưa, gió, điều đã được phân tích ở Nhật Bản vài năm trước. Những giải pháp khác nhau cần được định trước để tránh các dao động này, và các thí nghiệm đã được C.S.T.B ở Nantes tiến hành đối với dây văng đường kính 161 mm (Falamand, 1994). Theo đó, hệ số giãn khí động học được tiến hành đo trên hàng loạt các mẫu sau (hình 3): ống trụ trơn để tham chiếu. ống nhựa HDPE truyền thống có các vòng nổi đặt cách xa nhau, có tác dụng như gờ giọt nước, ngăn không cho nước chảy thành dòng dọc theo dây văng. Hệ thống này tỏ ra không hiệu quả trong việc hạn chế dao động của cáp, và cũng không ảnh hưởng đến hệ số giãn khí động học, thường có giá trị khoảng 0.5 đến 0.55 đối với vận tốc gió lớn. ống với ba rãnh chạy dọc ở phần trên tạo thành các kênh dẫn nước, ít nhiều lấy cảm hứng từ ống bọc của cầu Higashi Kobe ở Nhật Bản. Tuy nhiên hệ số giãn là rất lớn (trong khoảng 1.0 đến 1.10) và hệ thống thì không ổn định (trong khi hiện nay đã thấy rõ rằng ống nhựa của cầu Higashi Kobe là rất ổn định) ống nhựa có một rãnh xoắn ốc, đường kính 2mm, có bước bằng 30 cm. Hệ thống tỏ ra cực kỳ hiệu quả. Hệ số giãn khí động học là khoảng 0.65 (và gần như là không đổi) khi chịu gió vận tốc lớn. ống nhựa với hai rãnh xoắn ốc, đường kính 1.3 mm, mỗi rãnh hướng theo một chiều riêng và có bước bằng 30cm. Hệ số giãn khí động học có giá trị rất ổn định, khoảng lớn hơn 0.70 một chút. 4
  5. và loại ống nhựa với 2 rãnh xoắn ốc theo cùng một chiều, sâu 1.3 mm, rộng 2 mm, bước dài 600 mm. Với kết luận từ những thí nghiệm này, chúng tôi quyết định lựa chọn hệ thống với 2 rãnh xoắn ốc theo cùng một chiều, sâu 1.6 mm, mỗi rãnh có chiều dài dốc 60 cm. Chúng tôi cho rằng có thể chấp nhận giá trị hệ số giãn nở bằng 0.63 lấy từ thí nghiệm cho hầu hết các hệ thống tương tự, hơi nhỏ hơn một chút so với giá trị sử dụng trong tính toán. Hình 4 mô tả giải pháp đã được sử dụng cho cầu Normandie, được Freyssinet đăng ký bản quyền và được áp dụng lại cho tất cả các ứng dụng sau này: ống nhựa HDPE được bố trí hai rãnh xoắn ốc dày 1.6 mm gối lên nhau, có bước dài 60 cm. Hình 3 : Hệ số giãn của các loại ống khác nhau do CSTB thí nghiệm năm 1991 cho cầu Normandie Hình 4 : Ống nhựa sử dụng gần đây cho dây văng kiểu Freyssinet, có hai rãnh xoắn ốc gối lên nhau 5
  6. Hình 5 : Hệ số giãn của 3 loại ống nhựa HDPE: ống trụ thường, ống trụ có một rãnh xoắn ốc và ống trụ có 2 rãnh xoắn ốc. Do các thí nghiệm năm 1991 không phù hợp hoàn toàn với giải pháp lựa chọn, các thí nghiệm mới đã được C.S.T.B tiến hành năm 2003 nhân dịp cuộc thi xây dựng cầu Stonecutters ở Hồng Kông (Virlogeux, 2005). Hệ số giãn khí động học được đo cho 3 ống HDPE, đường kính 20 cm : ống trụ tròn trơn cổ điển không xử lý hình dạng (hệ số giãn rơi xuống mức 0.49 trong vùng tới hạn), một ống trụ tròn được bố trí một rãnh xoắn ốc (sâu 1,6mm, bước rãnh 60 cm) và một ống trụ phù hợp với thiết kế của thông thường của Freyssinet với 2 rãnh xoắn ốc cùng dạng chồng lên nhau. Trong trường hợp sau cùng, hệ số giãn khí động học có giá trị đều hơn – dù đang ở bên dưới của vùng dưới tới hạn - thay đổi trong phạm vi từ 0.57 đến 0.61 với giá trị nhỏ nhất bằng 0.55 khi hệ số Reynolds thay đổi trong khoảng từ 272000 đến 736000 (hình 5) Hình 6 : Hệ số giãn đo được với biến dạng dạng sóng (Kwork và Wong, 2004) Ống nhựa trơn cho kết quả hệ số giãn rất thấp (khoảng 0.35, hình vẽ không đủ chi tiết để lấy được kết quả chính xác hơn), loại ống nhựa dùng cho cầu Sutong (xử lý hình dạng bằng các gờ sóng) cho giá trị khoảng 0.65. Thí nghiệm với loại ống có rãnh xoắn ốc cho kết quả không phù hợp với kết quả do C.S.T.B xác định, nhưng tác giả đã nhận thấy loại ống nhựa được thí nghiệm ở Đại học Tonji: rãnh xoắn có độ sâu từ 2 đến 4 mm thay vì 1.6 mm như loại ống nhựa của Freyssinet (do C.S.T.B thí nghiệm) và có hình dạng rất khác. Rãnh được thí nghiệm có dạng tròn, trong khi rãnh của ống nhựa của Freyssinet có dạng hình chữ nhật có các góc trên vuốt tròn. Sự khác biệt lớn về kích thước và hình dạng có thể giúp giải thích sự khác biệt về hệ số giãn: giữa 0.6 và 0.8. Khi xét đến ảnh hưởng lớn của hình dạng (hay thậm chí là sự phân bố khác nhau của các gờ), do các thí nghiệm này chỉ ra, có thể thấy rõ ràng rằng thí nghiệm cho ống nhựa nên được tiến hành bởi chính nhà cung cấp. 6
  7. Thêm nữa, thí nghiệm so sánh nên được tiến hành ở cùng phòng thí nghiệm, hoặc bởi 2 hay 3 hệ thống thí nghiệm tiến hành bởi 2 hoặc 3 phòng thí nghiệm để loại trừ tất cả các yếu tố không rõ ràng. Tầm quan trọng của lực kéo khí động học tác dụng lên dây văng. Kinh nghiệm từ cầu Normandie Trước khi cầu Normandie được xây dựng, ảnh hưởng của lực kéo khí động học lên dây văng chưa bao giờ được coi là vấn đề then chốt do chiều dài nhịp của các cầu dây văng vào thời điểm đó còn khá hạn chế. Chúng tôi đã khám phá ra vấn đề này khi thiết kế cầu Normandie, và đã quyết định sử dụng dây văng vỏ cài vì hai nguyên nhân: Thời điểm đó, dây văng loại này được coi là phù hợp xét về khả năng chịu mỏi, tuy nhiên hiện nay tuổi thọ và sức kháng ăn mòn của loại dây văng này đã trở thành một vấn đề rất đáng nghi ngờ, do đó, loại này không còn được sử dụng nữa. Dây văng loại cuộn xoắn cho đường kính nhỏ nhất ứng với khả năng chịu lực cho trước do bản thân có tính đặc chắc cao, thậm chí còn nhỏ hơn nhiều so với loại dây văng theo hệ thống Bó Sợi Song Song (PWS). Đây đã được coi là một ưu điểm lớn do lực gió tác dụng lên hệ dây văng sẽ tạo ra khoảng 55% giá trị mô men uốn ngang (quanh trục đứng) tại mặt cắt nguy hiểm của dầm cầu, ở vị trí nối tiếp giữa dầm mặt cầu và trụ tháp, trong khi lực gió lên bản thân dầm mặt cầu chỉ tạo ra khoảng 45% mô men (theo Virlogeux, 1992, sơ đồ 7.4, trang 203) Tuy nhiên, dây văng loại vỏ cài cũng có hai nhược điểm quan trong cũng như đối với dây văng có bó sợi song song PWS là: Dây văng loại này chỉ được chế tạo sẵn, do đó phải được vận chuyển dưới dạng các bó lớn và bằng cần trục nặng. Trọng lượng của dây rất lớn: dây văng dài của cầu Normandie nặng 22 tấn. Trọng lượng lớn dẫn đến yêu cầu về thiết bị thi công phức tạp và dẫn đến chi phí rất lớn. Việc thay thế dây văng khi cần thiết do một nguyên nhân nào đó, bao gồm cả do những tai nạn có thể xảy ra đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị nặng tương tự và tạo nên một vấn đề lớn cho công việc duy tu bảo dưỡng. Vào thời điểm đó, Freyssinet đang phát triển một công nghệ mới: chế tạo dây văng từ các bó tao được bảo vệ độc lập mà không sử dụng ống nhựa bọc (cầu bắc qua sông Sambre ở Bỉ, cầu ở Marbella Tây Ba Nha và cầu Burgundy ở Pháp, hoàn thành năm 7
  8. 1992), Freyssinet đã đề xuất phương án này cho cầu Normandie, theo đó sẽ không cần phải sử dụng các thiết bị thi công lớn, chi phí sẽ rẻ hơn (khoảng 3 triệu Euro vào thời điểm năm 1986) và cho phép thay thế dây văng dễ dàng. Tất nhiên kích thước của bó gồm các tao độc lập sẽ lớn hơn nhiều kích thước của dây văng loại loại vỏ cài ứng với cùng một khả năng chịu tải, điều này đặt ra vấn đề về khả năng chịu lực của cầu dưới tác dụng của gió mạnh. Đó là nguyên nhân vì sao Freyssinet đã đưa ra một giải pháp mà rõ ràng là không phù hợp: chế tạo loại bó tao dẹt để làm giảm diện tích chắn gió theo phương vuông góc. Các thí nghiệm đã thực hiện cho thấy giá trị lực kéo khí động học tác dụng lên dây văng này là rất lớn và nguy cơ xảy ra sự cố galloping là rất cao(Virlogeux, 1992, trang 203-204). Xem xét các thông số trên, chúng tôi quyết định: Lắp đặt bó các tao cáp độc lập trong một ống nhựa tròn. Do tiến độ của dự án ở thời điểm đó, ống bọc chỉ được lắp đặt sau khi đã lắp đặt xong dây văng và kéo dây, do vậy, các ống bọc được chế tạo thành từng đoạn dài 2 m, mỗi đoạn lại được ghép từ 2 nửa, nửa này được điều chỉnh để lắp trùng khít với nửa kia (không sử dụng phương pháp hàn nhiệt như kiến nghị ban đầu) Tăng khoảng cách giữa các của các dây văng của hệ (khoảng cách này chạy từ 16.00 đến 20.00 mét, và giá trị cuối cùng là 19.65 mét khi chúng tôi phải lắp thêm một dây để bù lại ảnh hưởng từ việc lắp đặt các dây văng cắt ngang - cũng gọi là “aiguilles” - như chúng ta sẽ thấy sau): do diện tích mặt cắt thay đổi theo bình phương đường kính, khả năng chịu tải sẽ tăng nhanh hơn lực gió; việc giảm số lượng dây văng xuống, ứng với một khả năng chịu lực tổng thể tương đương, sẽ giúp giảm lực gió. Kết luận về tầm quan trọng của lực kéo khí động học trong dây văng Việc xem xét lực căng thay đổi như thế nào theo chiều dài nhịp là rất thú vị: Lực kéo khí động học tác dụng lên dầm cầu gần như thay đổi tuyến tính với chiều dài nhịp do việc chiều cao kết cấu của cầu trong thực tế thường độc lập với chiều dài nhịp. Trong thực tế, lực gió thậm chí có thể còn tăng chậm hơn hàm bậc nhất do biến dạng của cầu cũng cần phải điều chỉnh để có dạng thanh thoát hơn khi chiều dài nhịp tăng, nhằm làm giảm lực gió tác động và làm tăng tính ổn định khí động học của cầu. Đối với chiều dài nhịp ngắn và trung bình (đến khoảng 300 tới 400 mét, đôi khi hơn), khi xem xét về chi phí xây dựng thường thiên về các dạng kết cấu dầm hộp bê tông dự ứng lực hoặc kết cấu nhịp 8
  9. tạo bởi các sườn hình chữ nhật và các dầm mặt cầu, hoặc mặt cắt liên hợp tạo bởi dầm chủ bằng thép mặt cắt chữ I với hệ dầm mặt cầu, tất cả các dạng mặt cắt có hệ số giãn khí động học cao. Lực gió tác dụng lên tháp hiển nhiên phụ thuộc vào hình dạng của tháp. Tuy nhiên, với một hình dạng tháp đã cho, lực gió thay đổi lớn hơn hàm bậc nhất một chút do kích thước của mặt cắt ngang tháp phải tăng lên một chút khi chiều dài nhịp tăng. Và cuối cùng, lực gió tác dụng lên hệ dây văng thay đổi - ứng với mặt cắt ngang dầm mặt cầu đã cho – theo bình phương chiều dài nhịp. Tóm lại, một phần của lực gió tới hạn sinh ra từ lực kéo khí động học tác dụng lên hệ dây, một phần tăng dần cùng với chiều dài nhịp, và càng lớn hơn ứng với mặt cắt ngang dầm mặt cầu càng thuôn gọn. Tuy nhiên, chỉ trong những trường hợp rất cụ thể, lực gió tác dụng lên dây văng mới thực sự trở thành vấn đề trong thiết kế. Đó là trường hợp của cầu Normandie do tỷ lệ bề rộng mặt cầu trên chiều dài nhịp rất nhỏ (khoảng 1/41); tuy nhiên vấn đề này đã được kiểm soát mà không có một hạn chế nghiêm trọng nào. Đây cũng là trường hợp của cầu Stonecutters do thiết kế đặc biệt với trụ tháp dạng cột được lựa chọn theo yêu cầu về kiến trúc, trái với các lôgíc về mặt kết cấu và những yêu cầu đối với chiều dài nhịp lớn. Một trường hợp khác là cầu Bãi Cháy ở Việt Nam, cũng được thiết kế với trụ tháp dạng cột rất mảnh trong khi chiều dài nhịp là khá lớn và có dầm chủ dạng hộp rộng và nặng; trường hợp khá nghiêm trọng này có thể được trợ giúp bằng các giải pháp (của Freyssinet) dây văng loại PSS đặc chắc hơn, với khoảng trống hạn chế giữa các tao cáp và ống bọc. Mặt khác, cầu Sutong và gần đây hơn là cầu Incheon đã được thiết kế xuất sắc về mặt kết cấu, do đó lực gió tác dụng lên hệ dây văng mặc dù khá lớn những vẫn không gây trở ngại cho kết cấu. Như vậy rõ ràng là vấn đề quay trở về với dây văng dạng tổ hợp không cần đặt ra nữa vì mặc dù nó có đường kính rất nhỏ, là giải pháp tối ưu về vấn đề chịu lực gió tác dụng lên dây nhưng lại có sức kháng mỏi và khả năng bảo vệ ăn mòn thấp. Tương tự như vậy, đường kính nhỏ của hệ dây văng nhóm PWS không phải là lý do để không dùng dây văng nhóm PSS, việc thiết kế vẫn có thể kiểm soát một cách hoàn hảo đối với lực tác dụng lên dây tương ứng đường kính dây có lớn hơn một chút. Việc lựa chọn PWS hay 9
  10. PSS như vậy cần phải xem xét trong tất cả các khía cạnh về thiết kế, thi công và bảo dưỡng chứ không riêng một khía cạnh nào. Thêm vào đó, có thể thấy rõ ràng rằng giá trị của hệ số lực kéo khí động học thường được khuyến nghị trong tiêu chuẩn, 0.70 hoặc 0.80, là thực sự thiên về an toàn. Lực gió thực tế không cao như các đánh giá thông thường. 3. Chất lượng của dây văng Chất lượng của dây văng, như vẫn hiểu, bao gồm một số nội dung như sức kháng mỏi và khả năng bảo vệ chống ăn mòn, và chúng ta có thể rút ra kết luận về vấn đề này thông qua cuộc tranh luận kinh điển giữa hai phương pháp: chế tạo trước và chế tạo ngoài công trường. Bảo vệ chống ăn mòn Dây văng loại PSS tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành – Kiến nghị của Pháp (CIP), kiến nghị fib và kiến nghị của Mỹ (PTI)- đều có khả năng chống ăn mòn tốt. Tuyệt đối không được tồn tại lỗ rỗng trong tao đơn. Các sợi thép được bảo vệ bằng hai lớp bảo vệ hỗ trợ lẫn nhau: lớp mạ nhúng nóng và lớp vỏ bằng HPDE. Toàn bộ khoảng rỗng giữa các sợi cáp, khoảng rỗng giữa các sợi cáp và ống HDPE đều được lấp đầy bằng sáp dầu để tránh nước chảy vào bên trong tao cáp thông qua những kẽ hở ở lớp vỏ HDPE. Tiêu chuẩn này bắt nguồn từ một yêu cầu của tác giả nêu ra trong khoảng 1989 - 1990 đối với dây văng của cầu Normandie. Khi cho rằng các lỗ rỗng giữa các sợi thép có thể sẽ dẫn nước vào trong dây trong trường hợp xuất hiện khe hở trong vỏ HDPE hoặc do bất kỳ nguyên nhân nào đó, tác giả đã yêu cầu phải lấp đầy lỗ rỗng giữa các sợi thép. Công ty Freyssinet (Pierre Jartoux) đã phát triển một kỹ thuật cho phép lấp đầy lỗ rỗng bằng sáp dầu, và các chỉ dẫn kỹ thuật tương ứng đã liên tục được đưa vào trong các tiêu chuẩn của Pháp và quốc tế (fib và PTI). Theo như tiêu chuẩn quốc tế, ống bọc ngoài của dây văng loại PSS không được xem như một lớp bảo vệ, do việc các khe hở của nó (xuất hiện do một nguyên nhân bất kì nào đó) có thể dẫn nước hay dẫn ẩm vào trong dây cáp. Mục đích của lớp vỏ này là để bảo vệ tao cáp chống lại tia cực tím (tia UV), tạo ra lớp vỏ chắn gió và bề mặt để sơn màu cho dây văng. 10
  11. Với những dây văng PWS, trong đó khoảng trống giữa các sợi thép và khoảng trống giữa các sợi thép với lớp vỏ HDPE không được lấp đầy toàn bộ, không có hai lớp bảo vệ chống ăn mòn hỗ trợ nhau, các khe hở trong lớp bọc ngoài có thể dẫn nước chảy vào bên trong dây và tấn công sợi thép tại bất kỳ một điểm nào, do vậy chúng không phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành. Có thể dẫn ra dây : Kiến nghị của Pháp (CIP) chỉ rõ ở mục 9.1.1.2: Việc bảo vệ chống ăn mòn cho bộ phận chịu kéo bằng thép của dây văng phải có độ dư thừa bằng cách sử dụng hai lớp bảo vệ lồng nhau, hỗ trợ lẫn nhau. 1. Lớp bảo vệ thứ nhất (lớp bảo vệ trong) phải là lớp phủ bảo vệ trực tiếp bộ phận chịu kéo chính và phải phủ kín toàn bộ chiều dài dây không được ngắt quãng. 2. Lớp bảo vệ thứ hai (lớp bảo vệ bên ngoài) bao gồm một lớp vỏ bọc bên ngoài và một lớp trung gian giữa lớp vỏ bọc ngoài và lớp bảo vệ bên trong. Để tránh cho lớp bảo vệ bên trong khỏi bị hư hỏng, lớp vỏ bọc ngoài phải hoàn toàn kín khí và kín nước ở cả vùng tự do và vùng neo. Ngoài ra, lớp trung gian phải có tác dụng ngăn nước và hơi ẩm sau khi đã qua lớp bọc ngoài không thể thấm tới lớp bảo vệ trong. Kiến nghị của PTI cũng khẳng định yêu cầu phải có có ít nhất 2 lớp bảo vệ lồng nhau: Bảo vệ chống ăn mòn cho bộ phận chịu kéo chính phải được đảm bảo bằng ít nhất hai lớp bảo vệ lồng vào nhau. Lớp bên trong phải bọc kín bộ phận chịu kéo chính trên suốt chiều dài tự do và cả chiều dài vùng neo. Lớp bên ngoài phải bọc kín hoàn toàn lớp bên trong trong suốt chiều dài tự do của nó. Các lớp bảo vệ phải được bố trí sao cho trong trường hợp các tác nhân ăn mòn vượt qua được lớp bên ngoài thì lớp bên trong vẫn có thể bảo vệ được bộ phận chịu kéo chính. Khi sử dụng chất vô cơ làm lớp bảo vệ trong cho mỗi tao cáp dự ứng lực, lớp này cần phải phủ kín mặt ngoài của tao cáp cũng như lấp đầy hoàn toàn khoảng hở giữa các sợi cáp và vật liệu trơ. Lớp bảo vệ bên trong cần phải ngăn không cho nước tự do xâm nhập vào khoảng hở bên trong tao. Yêu cầu của việc lấp đầy khoảng hở cũng áp dụng đối với việc sử dụng lớp bảo vệ trơ, không phải là những chất ức chế ăn mòn chủ động. Ngoài ra, quy định của PTI cũng nói rõ đây là các quy định kỹ thuật mới. Hiện có một số hệ thống chống ăn mòn đang được sử dụng trong dây văng. Nói chung, một hệ cáp văng thông thường sẽ bao gồm một ống bọc ngoài bao quanh bộ phận chịu kéo. Ống bọc có thể chứa các tác nhân chống ăn mòn được bơm vào. Ngoài ra, các bộ phận chịu kéo có thể có lớp bảo vệ riêng để tăng cấp độ bảo vệ khi cần thiết. Như vậy, 11
  12. hệ thống chống ăn mòn sẽ bao gồm các lớp bảo vệ lồng nhau để tạo ra tính dư thừa trong việc bảo vệ. Với việc tăng số lượng lớp bảo vệ hiệu quả sẽ giúp tăng tính dư thừa và do đó tăng độ tin cậy của hệ thống bảo vệ chống ăn mòn. Các nội dung trên là bổ sung mới cho phiên bản của quy định lần này. Có nhiều hệ thống khác nhau thường được sử dụng để chống ăn mòn, bao gồm ống bọc ngoài bằng HDPE, vữa, nhựa Epoxy sơn ngoài tao cáp, và vỏ bọc tao cáp. Người kỹ sư không nên cho rằng tất cả các hệ thống truyền thống này đều nhất thiết thỏa mãn yêu cầu của lớp bảo vệ và thí nghiệm đánh giá chất lượng ở Mục 4.1.4.1 Tất nhiên, dây văng loại Bó Sợi Song Song (PWS) có thể được thiết kế có chất lấp đầy khoảng không giữa các sợi thép, và khoảng không giữa các sợi thép mạ với lớp vỏ bọc ngoài, như Baudin Chateauneuf đã thực hiện ở Pháp Cuối cùng, quy định của Pháp chỉ rõ thí nghiệm về tính kín nước cho tất cả các loại dây văng, hiện nay đã mang tính quốc tế với những quy định của fib với nội dung hơi khác. Thí nghiệm thành công sẽ đảm bảo dây văng kín nước hoàn hảo trong điều kiện sử dụng, bằng cách kiểm soát không cho nước lưu thông trong hệ thống bảo vệ chống ăn mòn của mặt cắt thông thường - bên trong vỏ bọc của dây văng PWS hay trong mặt cắt tao đơn, kể cả vùng neo. ... trong và sau hàng loạt các chu kỳ nhiệt độ cùng với các chu kỳ mỏi tạo bởi sự thay đổi góc dưới lực căng không đổi. Sức kháng cường độ và Sức kháng mỏi Dây văng loại PWS do công ty BBR, công ty Nippon Steel và công ty Kobe Steel sản xuất đã sử dụng loại neo cải tiến từ neo Hi-Am do công ty BBR phát triển trước đây. Đây là loại neo rất tốt, có khả năng chịu được sự thay đổi ứng suất dọc trục lớn. Tuy nhiên, dây văng loại PSS sẽ chịu mỏi tốt hơn khi có sự thay đổi về góc neo. Trong dây văng loại PSS, các tao cáp uốn độc lập với nhau. Do ma sát giữa các sợi cáp ( mỗi sợi có đường kính 5.3 mm) nên ứng suất uốn cực đại trong mỗi sợi cáp có giá trị bằng với ứng suất uốn xuất hiện trong một sợi lẻ có đường kính khoảng 10 mm. Trong dây văng loại PWS, tại vị trí các sợi cáp luồn vào lỗ neo, các sợi cáp song song phần nào làm việc như một thanh đặc có đường kính lớn. Lượng thay đổi ứng suất do uốn cáp lớn hơn so với cáp văng loại PSS, ma sát sinh ra giữa các sợi cáp có thể gây ra các hiệu ứng mỏi, do hậu quả của việc bị ăn mòn. 12
  13. Đó là nguyên nhân tại sao kiến nghị CIP của Pháp quy định rõ các thí nghiệm mỏi có xét đến tác động uốn. Các thí nghiệm này phải được tiến hành cho toàn bộ hệ thống neo, có thể đã có các thiết bị hay có những cải tiến trong thiết kế để làm giảm các tác động uốn trong vùng neo. Cần phải đề cập riêng đến bộ chêm neo của dây văng nhóm PSS. Thiết kế của chúng - và chất lượng chế tạo chúng - có tính quyết định đến hiệu quả làm việc của dây văng. Để neo được tốt thì chêm neo phải cắn chặt vào tao cáp, tuy nhiên việc răng chêm ngập sâu vào cáp sẽ làm giảm một chút sức kháng đứt và làm giảm đáng kể hơn sức kháng mỏi của tao. Cần phải chọn được sự cân bằng thật tốt giữa hai điều kiện giới hạn này: nếu răng chêm ngập quá sâu, sức kháng mỏi có thể bị giảm đáng kế; nhưng nếu không đủ sâu, tao cáp có thể trượt so với chêm. Điều này đã xảy ra trong một số áp dụng đầu tiên, đặc biệt khi khối neo không sạch như mong muốn (chẳng hạn có một số vụn bê tông rơi trong hốc định vị tao và chêm): ma sát giữa chêm và hộp neo có thể ngăn cản chêm tiến sâu vào hộp neo, và do đó là ngăn cản răng chêm cắn sâu vào tao cáp trong quá trình kéo; khi đó có thể xảy ra trượt khi lực kéo tao tăng lên. Vấn đề này có thể giải quyết bằng một loạt các giải pháp phù hợp như sau: thiết kế chêm neo hợp lý. Kiểm soát nghiêm túc chất lượng tại hiện trường, nhằm bảo vệ hộp neo và chêm neo không bị bẩn áp dụng biện pháp “gõ dần” (hammering) để đóng chêm neo vào hộp neo, đặc biệt nếu như dây văng được lắp đặt với lực kéo nhỏ (nhằm ngăn cho chêm không bị tụt sâu vào trong hộp neo) hay trong trường hợp sẽ phải chịu sự thay đổi ứng suất lớn sau này. Chế tạo trước so sánh với lắp đặt tại hiện trường Hiển nhiên là các dây văng chế tạo trước sẽ có lợi thế từ chất lượng chế tạo cao khi được sản xuất trong những nhà máy tốt nhất, với các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng chặt chẽ, như trong nhà máy tại Thụy Sĩ của công ty BBR hay trong các nhà máy ở Nhật Bản của công ty Nippon Steel và Kobe Steel. Tuy nhiên, chất lượng cuối cùng của dây văng cũng còn phụ thuộc vào điều kiện vận chuyển, lắp đặt và căng kéo. Các cáp văng này được cuốn thành những cuộn đường kính lớn rồi vận chuyển trên một quãng đường dài, điều này dẫn đến một số bất lợi như: sự rung động của các bộ neo 13
  14. nặng trong quá trình vận chuyển có thể tạo ra các hiệu ứng mỏi nếu như các bộ neo không được cố định chắc chắn; việc uốn cong ống nhựa HDPE có thể gây ra ứng suất dư và biến dạng dư có hại nếu như ống tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài,gây ra các vết nứt trong ống HDPE ở một số cầu ở Nam và Bắc Mỹ. Chính từ các kinh nghiệm này đã dẫn đến yêu cầu phải sử dụng hai lớp bảo vệ lồng nhau. Việc sử dụng cần trục nặng để lắp đặt và căng kéo dây văng chế tạo sẵn cũng có thể gây ra lực uốn, đặc biệt là ở vùng neo, nếu như các quy định hạn chế độ cong của dây văng không được tuân thủ và các thao tác không được tiến hành cẩn thận. Tình trạng cũng tương tự đối với dây văng chế tạo tại hiện trường: chất lượng cuối cùng hoàn toàn phụ thuộc vào hiệu quả của từng công đoạn và quy trình, và phụ thuộc vào hiệu quả của việc kiểm soát chất lượng. Các nhà cung cấp dây văng PSS tốt nhất đã đưa ra kỹ thuật và quy trình lắp đặt nhằm đảm bảo được chất lượng cao, ví dụ như : Lựa chọn cẩn thận các tao đơn, được sản xuất tại các nhà máy tốt nhất trên thế giới (ví dụ như các nhà máy Tyesa ở Tây Ba Nha, Bridon ở Anh, Trefileurope ở Pháp và Bỉ, Kiswire ở Hàn Quốc...). Lựa chọn cẩn thận ống bọc HDPE, kể cả ống bọc cho từng tao và ống bọc bên ngoài dây văng , với tuổi thọ thiết kế là 70 năm. Chế tạo các bộ phận của bộ neo trong nhà máy, được kiểm soát chất lượng có hệ thống. Áp dụng quy trình được tiêu chuẩn hóa để lắp ống bọc với một (hoặc hai) tao đầu tiên, và để lắp đặt các tao khác. Áp dụng quy trình tự động và được tiêu chuẩn hóa cho việc căng kéo các tao bằng phương pháp kéo đẳng lực(7). Quy trình gồm có việc kiểm soát chiều dài dây văng bằng việc cắt tao đầu tiên (tao định hướng) với chiều dài mong muốn và độ chính xác tương đương với dây văng chế tạo trước, và bằng cách sử dụng phương pháp kéo đẳng lực, được tự động kiểm soát với sự hỗ trợ của máy tính, điều này đảm bảo rằng tất cả các tao đều có lực kéo như nhau tại bất kì thời điểm nào với độ chính xác của bộ phận đo áp lực (khoảng 2%) Quá trình cũng phải đảm bảo rằng các tao cáp, được lắp đặt từng tao một tại vị trí định trước vào trong hai đầu neo, phải thực sự song song với nhau. Cuối cùng, phải sử dụng công nghệ phòng nước và chống ăn mòn đã được kiểm chứng bằng cả thí nghiệm và thực tế. 14
  15. Tất cả công tác lắp đặt và căng kéo đều phải được thực hiện bởi đội ngũ chuyên nghiệp, bởi các kỹ thuật viên và công nhân có kinh nghiệm, được đào tạo để thực hiện công việc đặc thù này trước khi bắt đầu thi công. Vậy có thể kết luận rằng cả 2 công nghệ - chế tạo trước hay chế tạo tại công trường - đều có thể đạt được chất lượng cao nếu như việc chế tạo, lắp đặt và căng kéo được tiến hành bởi đội ngũ chuyên nghiệp, có kinh nghiệm và được giám sát chất lượng chặt chẽ. Để đạt được kết quả này, các công ty tiến hành thi công dây văng tại hiện trường phải chịu toàn bộ trách nhiệm lắp đặt và căng kéo dây văng, và đưa lắp đặt vào trong kết cấu. Công ty sản xuất các dây văng chế tạo trước có thể lắp đặt chúng bằng các thiết bị thi công nặng do nhà thầu cung cấp: cần trục,.., tuy nhiên thông thường, họ để nhà thầu chính làm công tác lắp đặt và căng kéo, cùng với những rủi ro của việc thao tác sai do trọng lượng lớn của dây văng và neo, và các vấn đề trách nhiệm kèm theo. 4. Lắp đặt, căng kéo và duy tu bảo dưỡng Điều kiện thi công của dây văng PWS và dây văng PSS là rất khác nhau từ việc lắp đặt, căng kéo đến quá trình thi công. Dây văng chế tạo trước Trọng lượng của dây văng chế tạo trước là khá lớn với các cầu dây văng nhịp trung bình, và là rất lớn với các cầu dây văng nhịp dài và rất dài. Đối với những cầu có nhịp dài đặc biệt: cầu Normandie, cầu Stonecutters, cầu Sutong và cấu Incheon, trọng lượng dây văng nằm trong khoảng từ 20 đến 60 tấn trên một mét, Dây văng chế tạo trước cần phải cuốn thành những cuộn rất lớn và nặng để vận chuyển (hình 7), đường kính của cuộn dây phải đủ lớn để tránh làm giảm chất lượng của dây văng và của ống HDPE. Gần đây, chúng tôi đã nhận thấy việc vận chuyển và bảo quản không tốt có thể gây ra biến dạng dài hạn và vết nứt trong ống HDPE. 15
  16. Hình 7: Cuộn dây văng lớn đặt trên xe tải Việc lắp đặt các dây văng chế sẵn lớn đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị nặng và các thiết bị hỗ trợ đặc biệt. Trong bất kì trường hợp nào, cần thiết phải có một cần trục lớn hoặc một thiết bị đặc biệt gắn trên tháp để nâng đầu trên của dây văng và bộ neo của nó, cũng cần thiết phải có một thiết bị hỗ trợ thích hợp để nâng đoạn dây văng nằm giữa 2 bộ neo trong khoảng thời gian căng kéo dây văng, giúp cân bằng độ võng lớn gây ra do trọng lượng bản thân của dây văng (hình 8 và hình 9) Hình 8 và 9: hai ví dụ về cần trục nặng sử dụng để nâng cuộn cáp và lắp đặt dây văng 16
  17. Một trong hai bộ neo của dây văng phải được lắp trước vào vị trí làm việc, có thể lắp trước bộ neo dưới ở dầm mặt cầu nhưng nói chung thường lắp trước bộ neo tại tháp, dây văng tất nhiên không thể nối tới ngay bộ neo ở đầu kia của nó trọng lượng của dây và độ võng tương ứng. Dây văng cần được duỗi rộng thành các sợi thép chịu kéo gắn chặt ở neo, bắt đầu duỗi từ một khoảng cách thích hợp đến điểm neo sao cho đoạn mở rộng của dây văng là đủ để có thể tiến hành kéo các sợi thép này bằng một kích nặng tại vị trí neo; và cuối cùng, sau đoạn duỗi rộng khoảng vài mét – hay thậm chí vài chục(8) mét với dây văng rất dài, kích kéo có thể kéo cục neo vượt qua bản neo, và hoàn thành việc căng kéo. Cầu Tatara Bridge là một ví dụ rõ ràng về quá trình thi công nặng nề này. Phải sau ba giai đoạn thành công kích kéo chạm được vào hộp neo: Đầu tiên các dây văng được kéo bằng tời với lực 300 kN sau đó, dây văng được kéo bằng kích kẹp với lực 700 kN và cuối cùng, dây văng được kéo bằng kích rỗng(9) thông qua các thanh thép kéo đường kính 180 mm, dài 8.5 m, tất nhiên là phải kéo dần qua rất nhiều bước (hình 10 và 11) Phản ánh từ phía các nhà thầu cho biết quá trình căng kéo này mất rất nhiều thời gian. Hình 10 và 11: Quá trình lắp đặt dây văng chiều dài lớn tại bộ neo dưới ở cầu Tatara. Quá trình giữ vai trò then chốt trong việc thi công cầu. Tất nhiên hoàn toàn có thể sử dụng cần trục nặng – hay hệ cần trục – đã được sử dụng để thi công tháp để thi công lắp đặt dây văng. Dây văng chế tạo tại công trường 17
  18. Bằng một cách khác, vẫn có thể thi công các dây văng loại PSS bằng các thiết bị nhẹ; bước đầu lắp đặt lớp bọc ngoài (ống cáp) cùng với một (hoặc hai) tao đầu tiên, và sau đó lần lượt lắp đặt từng tao một hoặc hai tao một. Các tao cáp được gắn trực tiếp vào cả hai đầu neo mà không cần thiết bị hỗ trợ do đều có trọng lượng nhỏ. Quá trình căng kéo được tiến hành với từng tao một, tốt nhất là sử dụng phương pháp kéo đẳng lực , bằng một kích đơn xách tay khối lượng chỉ khoảng 20 kg. Nguyên tắc cơ bản của việc lắp đặt và căng kéo dây văng kiểu kéo từng tạo một : mỗi dây phải được lắp đặt chính xác vào những vị trí giống nhau ở cả bộ neo bên dưới và bộ neo bên trên, và chỉ kéo một lần. Để đạt được lực căng bằng nhau trong tất cả các tao tạo nên dây văng, một đầu đo áp suất được gắn vào tao đầu tiên tại vị trí đế neo(10) và bộ neo đơn cùng với bộ chêm của nó. Tao này, thường gọi là tao tao định hướng, được lắp đặt và căng với giá trị lực tính trước sao cho lực căng cuối cùng trong nó, khi toàn bộ các tao đã được lắp đặt, bằng đúng giá trị thiết kế. Nguyên lý của phương pháp kéo đẳng lực rất đơn giản; cốt làm sao lực kéo trong kích là hoàn toàn giống với giá trị lực kéo đo được bằng đầu đo áp suất gắn trong tao định hướng ở cùng thời điểm. Nguyên tắc này giúp đảm bảo lực kéo là đồng nhất ở thời điểm đó – và cả ở các thời điểm sau, do lượng thay đổi lực kéo là như nhau – trong các tao mới và tao định hướng, tức là trong toàn bộ các tao cấu tạo nên dây văng. Sự khác biệt về lực căng trong các tao giờ chỉ còn do những yếu tố không xác định trong việc đo lực căng bằng đầu đo áp suất. Từ việc xét đến những yếu tố không xác định trong việc đo lực căng đầu tiên của tao định hướng, và cũng là xét đến các yếu tố không xác định các giai đoạn thi công khác, thông thường chỉ tiến hành căng đến 90% giá trị của lực căng thiết kế, do đó, lực căng trong tất cả các tao chỉ bằng 90% lực căng thiết kế; quá trình hiệu chỉnh lực căng sẽ được tiến hành dựa trên thông số hình học thu được khi cần thiết, và lực căng sẽ được hoàn thiện đến giá trị 100% đối với từng tao một bằng phương pháp kéo đẳng lực, tất nhiên là bắt đầu từ tao đầu tiên. Ví dụ với cầu Normandie Quy trình lắp đặt và căng kéo từng tao một giúp giảm đáng kể các bước thi công như sẽ minh họa trong ví dụ về cầu Normandie. Tuy nhiên, để có thể nắm rõ điều kiện lắp đặt và căng kéo dây văng, cần thiết phải nhắc lại những bước chính trong quá trình thi công cầu (hình 12) 18
  19. Nhịp dẫn bê tông ứng suất trước được thi công ngay bước đầu tiên bằng phương pháp đúc đẩy. Tại cùng thời điểm đó, tiến hành thi công tháp cầu bê tông cốt thép, có đặt sẵn các hộp neo thép để neo dây văng và bố trí dự ứng lực theo phương thẳng đứng. Ngay khi có thể (ngay khi tháp đủ cao để neo dây văng đầu tiên không cần đợi hoàn thiện tháp), tiến hành thi công cân bằng các cánh hẫng bê tông cốt thép từ trụ tháp, sử dụng xe đúc kết hợp với các dây văng tạm và dây văng chính. Khi cánh hẫng nhịp biên (dài 96 m) vươn gần tới bờ, hợp long nhịp biên với nhịp dẫn đã thi công bằng phương pháp đúc đẩy, tại vị trí cách tháp 90 m và cách trụ của nhịp dẫn 6 m. Cánh hẫng bê tông ở nhịp chính được thi công bằng phương pháp đúc hẫng từ tháp, đạt đến chiều dài cuối cùng là 116 mét. Sau đó tiến hành lắp hẫng các các đốt dầm thép ở nhịp chính, xuất phát từ các cánh hẫng bê tông nối dài từ phần nhịp dẫn đã hoàn thiện. Nội dung chi tiết của quá trình lắp đặt các đoạn dầm thép và lắp đặt dây văng dựa trên quá trình thi công tổng thể này (hình 13). Quá trình này có thể đã khác (nhưng thời gian thi công vẫn không thay đổi) nếu như cầu được xây dựng bằng phương pháp hẫng cân bằng từ các trụ tháp, với các cánh hẫng đối xứng hoặc gần như đối xứng. Ở bước thứ nhất, phần dây văng phía sau (giúp cân bằng với trọng lượng của đốt dầm sẽ thi công) được lắp đặt từng tao một và căng bằng phương pháp kéo đẳng lực. Công việc này tiến hành hoàn toàn độc lập với việc nâng các đốt dầm mới, do đó không thuộc phạm vi đặc biệt: tháp cầu hoàn toàn có thể chịu được các lực tác dụng không cân bằng tương ứng tác dụng lên nó. Tại cùng thời điểm đó, bộ cần trục (xe nâng) di động dùng để nâng đốt được đẩy tiến lên phía trước, gắn vào vị trí để tiến hành nâng đốt mới. Đốt dầm mới được nâng lên từ xà lan bằng cần trục di động, được điều chỉnh cẩn thận, nghiêm ngặt về mặt hình học, sau đó được gắn tạm thời bằng một vài đường hàn, tất nhiên vẫn được treo vào cần trục di động. Sau đó bắt đầu quá trình hàn nối, đầu tiên hàn các bản chính sau đó là hàn các sườn tăng cường. Tuy nhiên, có thể bắt đầu lắp đặt và căng kéo dây văng trước khi hàn xong mối nối. Các thiết bị được lắp rất nhanh và có thể lắp đặt tao định hướng (có gắn sẵn đầu đo áp suất) ngay khi đốt dầm được liên kết. Tao cáp đầu tiên sau đó chỉ có thể bắt đầu lắp đặt khi một nửa số sườn tăng cường được hàn xong. 19
  20. Bước sau cùng (mặc dù có thể bắt đầu thực hiện trước) là lắp đặt và căng kéo các dây văng giúp treo các đốt hẫng ở nhịp chính. Một lần nữa việc thi công trở nên khá phức tạp (khá rối), do bước này bắt đầu khi nửa thứ hai của các sườn tăng cường được hàn nối, thêm nữa, phải tiến hành tháo đốt hẫng ra khỏi cần trục di động, và phải chuẩn bị để đẩy cần trục lên phía trước ngay khi có một nửa số tao được lắp đặt và căng kéo. Tất nhiên, có thể tiến hành đẩy cần trục lên phía trước khi tất cả các tao đã được kéo. Trong thực tế, quá trình diễn ra phức tạp hơn một chút do các đốt hẫng được tiến hành lắp lần lượt từ cánh hẫng phía bờ Bắc và phía bờ Nam bởi cùng một đội ngũ nhà thầu phụ phụ trách thi công (SDEM), mặc dù việc hàn nối cũng như việc lắp đặt dây văng được tiến hành đồng thời ở cả hai cánh hẫng. Với quá trình như vậy, chu kỳ làm việc sẽ là 8 ngày cho 2 cánh hẫng, vì đội ngũ SDEM phải tiến hành nâng thành công đốt hẫng ở cả phía Bắc và phía Nam trước khi tập trung vào công việc hàn nối như đã trình bày. Trong quá trình đẩy cần trục di động tiến lên và nâng đốt mới, đội ngũ của của Freyssinet - mỗi cánh hẫng bố trí một đội- tiến hành lắp đặt và căng kéo từng tao một các dây văng phía sau. Trong khoảng thời gian việc điều chỉnh và hàn nối đốt mới vào nhịp chính đang tiến hành, họ có thể tiến hành chuẩn bị thiết bị và lắp đặt tao định hướng (mỗi dây văng một tao). Và họ có thể thực sự bắt đầu lắp đặt và căng kéo các tao khác ngay sau khi một nửa các sườn tăng cường được hàn xong. Trong một ngày rưỡi, tất cả các tao cáp của hai dây văng phía trước (để treo đốt mới), mỗi dây có thể có đến 51 tao, được lắp đặt và căng kéo. Nửa ngày còn lại dùng để kiểm soát lực căng và các yếu tố hình học. Trong thực tế việc lắp đặt và căng kéo tất cả các tao của dây văng phía trước phải được hoàn thành trong thời gian cần thiết để hoàn thiện mối hàn của sườn tăng cường và để chuẩn bị đẩy cần trục di động lên phía trước. Do các dây phía được lắp đặt bên ngoài vùng này nên việc lắp đặt dây văng này không gây ảnh hưởng gì đến thời gian thi công. Các ví dụ khác Dưới đây chúng tôi trình bày một vài ví dụ khác về lợi ích của việc lắp đặt và căng kéo dây văng theo phương pháp từng tao một. Để tiến hành xây dựng hai cầu dây văng có kết cấu phần trên hạn chế bằng dầm bản mảnh bê tông cốt thép có sườn (cầu Burgundy ở Chalon-sur-Saône và cầu Beaucaire vượt qua sông Rhône), cần trục di động được treo vào một số dây văng tạm để giới hạn lực uốn trong mức độ cho phép. Để lần lượt chuyển đổi lực căng (giúp chịu tải trọng đốt mới) từ dây văng tạm sang dây văng chính, để giới hạn hiệu ứng uốn trong kết cấu 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản