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

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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một số nội dung trong thiết kế cáp văng - Tác giả: Virlogeux 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 MinhTóm tắtCầu dây văng hiện đạt được ngày càng nhiều hơn các thành tựu trên toàn thế giới do cókết cấu phù hợp với chiều dài nhịp lớn (đến 1200 mét) và giúp mở ra nhiều giải phápkiến trúc phù hợp. Dây văng tất nhiên là yếu tố quan trọng nhất trong cầu và do đó, phảiđược 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 phảichịu dao động của dây, một hiện tượng có thể khó dự đoán do bị ảnh hưởng của rấtnhiều 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 vàchống sét.1. Giới thiệu chung – Hệ thống sợi song song và hệ thống tao song songTrong 30 năm qua, chúng ta đã chứng kiến bước phát triển quan trọng trong công nghệdây văng. Ban đầu, chúng là các tao cáp lớn hoặc cấu tạo bởi một hệ thống các taotương đối lớn hay tạo bởi các cuộn cáp vỏ cài(1) được mạ nhúng hoặc sơn bảo vệ, vớinhững nhược điểm lớn liên quan đến chi phí và theo kinh nghiệm là khả năng chống ănmòn 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, đượcbơm 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 kháthấp, 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 cầuIroise), hoặc với một số trường hợp khác thì bằng nhựa epoxy (tao bọc nhựa epoxy, vídụ như cầu qua sông Ibi và Kiso). Tuy nhiên hiện nay đã phát triển hai hệ thống hiệnđại cạnh tranh trực tiếp với nhau.Hệ thống thứ nhất đưa ra đầu tiên bởi công ty Freyssinet từ cuối những năm 1980, theođó các dây văng chế tạo từ các tao song song được bảo vệ độc lập: tao 7 sợi, tất cả cácsợi được mạ kẽm nhúng nóng và được kéo trước, với lớp bọc ngoài bằng HDPE. Các 1tao 15 mm bọc bởi một ống nhựa bao ngoài, chủ yếu vì các lý do liên quan đến khí độnghọc. 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 xoắnnhẹ để giữ ổn định), được bảo vệ bởi một lớp HDPE dày bao ngoài. Giải pháp này đượcđề 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 thuộchệ 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 rấtcần thiết.2. Lực kéo khí động học(2) trong dây văngDo công nghệ đặc thù của hệ thống PSS, đường kính ngoài của dây văng theo hệ thốngnày sẽ lớn hơn đường kính của dây văng dạng PWS (vốn có kết cấu đặc chắc) hơn mộtchút. Sự khác biệt này chính một lý do dẫn đến việc sử dụng hệ thống PWS cho một sốcầu dây văng nhịp dài được xây dựng gần đây ở vùng Viễn Đông. Vấn đề này đòi hỏiphải có một số phân tích cụ thể, bắt đầu từ việc xem xét lại các dữ liệu về hệ số kéo khíđộng 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 2trong đó ρ là tỉ trọng của không khí (1.23 kg/m3), U là vận tốc gió, D là đường kínhcủa cáp và Cd là hệ số giãn khí động học. Với dây hình trụ tròn truyền thống, hệ số nàysẽ có giá trị khá cao ứng với giá trị nhỏ của vận tốc gió, hoặc chính xác hơn là của hệ sốReynolds : UD Re = υtrong đó, υ là độ nhớt của không khí, bằng 15.10-6 trong hệ MKSA, hệ số giãn khí độnghọc bằng khoảng 1.20 trong vùng dưới giá trị tới hạn. Ứng với giá trị tới hạn của hệ sốReynolds (thường nằm trong khoảng từ 2.105 đến 5.105), tùy thuộc vào độ nhăn của 2ống nhựa, hệ số giãn khí động học giảm xuống đột ngột và đạt tới giá trị khoảng 0.6hoặc 0.5 (hoặc thậm chí còn thấp hơn) trong vùng vượt quá giá trị tới hạn của hệ sốReynolds. Khi giá trị của hệ số Reynolds tiếp tục tăng lên, hệ số giãn khí động học cũngtăng lên và đạt đế ...