Khoa học công nghệ
Khoa học công nghệ
Một thành tựu về thiết kế kết cấu cầu đặc sắc
13/03/2009

Hiện nay, Hàn Quốc đang thực hiện dự án xây dựng tuyến đường nối đảo Geo-Gerum với đất liền. Trong thành phần của dự án có một cây cầu với bề rộng cho 2 làn xe dài 2028m nối đảo Sorok với đảo Geo-Gerum vượt qua đảo Dae Hwa. Hiện nay đang thi công kết cấu phần tháp và trụ cầu, mục tiêu của dự án hoàn thành vào năm 2010.

Yêu cầu của chủ đầu tư đối với việc thiết kế cầu là: Kết cấu cầu đảm bảo công năng sử dụng; Có yếu tố mới về thiết kế; Có dáng đẹp phù hợp với khung cảnh thiên nhiên tại vị trí cầu.

Điều kiện tự nhiên và các yêu cầu khai thác đường biển như sau: Nước sâu tại vị trí cầu 35m, nền đất là tầng đá phong hóa dày 13m, sau đó là đá gốc mềm; tốc độ gió trung bình trong 10 phút ở độ cao 10m trên mặt nước biển là 40m/s; Gia tốc đất nền khi động đất là 0.385g, tức là vùng này có bão rất lớn và động đất mạnh. Chiều rộng luồng tàu 210m đi xiên góc 35o so với tim tuyến cầu. Chiều cao thông thuyền yêu cầu 38,5m. Lực va tàu đặc biệt vào trụ chính của cầu 50MN vào trụ biên của cầu 15,8MN.

Với các yêu cầu và điều kiện tự nhiên trên, phương án được chọn là phương án có cầu chính là dây văng với nhịp 480m. Phương án này do công ty tư vấn Leonhardt Andra & Parter (CHLB Đức) đề xuất và đoạt giải nhất trong cuộc tuyển chọn thiết kế.

Phương án được thiết kế có bố trí chung phần cầu dẫn chiều dài 912m với các nhịp liên tục 120m; phần cầu chính có chiều dài 1116m với bố trí nhịp như sau: 119m + 198m + 480m + 198m + 119m. Bề rộng cầu 15,3m. Phần cầu dẫn nằm trên đường cong bằng có bán kính R= 1.300m; phần cầu chính nằm trên đường thẳng. Trắc dọc cầu có một đường cong đứng R= 16.667m trên một chiều dài 1.200m, đoạn còn lại có độ dốc 1,8%.

Một trong các điểm đặc sắc của việc thiết kế cầu này là dây văng bố trí một mặt phẳng dây trên cầu có 2 làn xe. Các dây văng liên kết với dầm không bố trí dải đều trên dầm mà tổng số 84 bó cáp được bố trí thành 7 nhóm. Giữa các nhóm cáp có một khoảng trống dầm không liên kết với cáp treo. Với cách bố trí cáp treo này, lực căng của mỗi cáp trong từng nhóm bằng nhau cho nên dễ thay thế cáp mà không ảnh hưởng tới giao thông trên cầu. Mặt khác khi xét đến giảm chấn cho cáp thì xét cả nhóm chứ không phải cho từng cáp riêng biệt. Cách bố trí cáp này là duy nhất cho đến hiện nay.

Về mặt kiến trúc cách bố trí cáp này tạo ra hiệu quả thẩm mỹ cao. Nhìn từ phía xa như những tia ánh dương mặt trời xuyên qua các đám mây trên mặt cầu.

Kết cấu móng cầu: Móng cầu có kết cấu kết hợp giữa giếng chìm và móng cọc. Phải dùng kết cấu này để chịu lực ngang lớn do va tàu cũng như động đất và nước sâu tới 35m.

Kết cấu tháp cầu: Tháp cầu cao 171m tính từ mặt nước biển, bằng kết cấu bê tông cốt thép. Phần dưới tháp có 2 chân nghiêng tương tự dạng “kim cương”. Tại độ cao 36m bố trí một dầm ngang thành khung chịu lực khi có gió ngang. Bên trên độ cao 85m hai nhánh cột tháp song song. Giữa hai cột tháp đoạn này bố trí 3 hộp neo cáp bằng thép. Sở dĩ dùng hộp thép vì các nhà thiết kế cho rằng dùng hộp thép neo có hiệu quả cao hơn: lực căng của cáp nhịp giữa truyền thẳng sang cáp ở nhịp biên; không cần bố trí bó dự ứng lực trong bản thân tháp như đối với bê tông; việc lắp đặt các ống dẫn hướng cáp ở đầu neo có thể chế tạo trong xưởng có độ chính xác cao hơn.

Kết cấu dầm cầu: Dầm cầu nhịp chính cũng như nhịp dẫn là kết cấu dàn thép liên hợp. Với cấu tạo dầm chủ như vậy tạo cho dầm có độ cứng lớn để bố trí giữa các nhóm cáp có một khoảng trống và ở đáy dàn cầu có thể tạo ra làn đường cho xe đạp đi rộng 4m trong tương lai hoặc xe đi trong trường hợp khẩn cấp khi bị tắc xe trên cầu.

(Nguồn: Báo GTVT)