Giới Thiệu về Cầu Vòm
Cầu vòm là biểu tượng của sự khéo léo kỹ thuật, sử dụng thiết kế cong theo chiều dọc và chịu lực xiên để bắc qua các khe hở và chịu trọng tải di động ở phía trên khe hở. Vị trí của cầu cong liên quan đến bảng đường xe có thể chia thành các loại cầu cong bảng, cầu cong qua, và cầu cong nửa qua.
Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Thiết Kế Cầu Vòm
Sự phức tạp trong thiết kế cầu vòm được ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm chức năng, chi phí, an toàn, thẩm mỹ, khả năng chịu tải giao thông, điều kiện nền, quy trình lắp đặt, và yêu cầu khoảng trống. Các khuyến nghị thiết kế chủ yếu tập trung vào tỉ lệ cầu cong so với khoảng cách chuyển động, độ mảnh của cầu cong và bảng, và số lượng dây treo hoặc cột.
Tỷ lệ Rise-to-Span
Tỷ lệ rise-to-span với khoảng cách của cầu vòm đôi khi có thể biến động rộng rãi. Cầu có thể rất cạn hoặc, ở phía cực khác, có thể là một nửa vòng tròn. Hầu hết các cầu có tỷ lệ rise-to-span với khoảng cách nằm trong khoảng từ 1:4.5 đến 1:6. Các vật liệu khác nhau có các khoảng cách ưu tiên khác nhau:
- Cầu vòm có phần nâng cạn: Thích hợp cho các khoảng cách < 20 m.
- Cầu vòm bằng gạch: Khoảng cách từ vài mét đến 146 m.
- Cầu vòm bê tông: Thích hợp cho khoảng cách từ 35 m đến 200 m.
- Cầu vòm bằng thép và CFST: Có khả năng chịu tải lớn hơn, cho phép các khoảng cách lớn hơn do độ mạnh của vật liệu cao hơn.
Xử Lý Vortex Shedding
Người thiết kế phải xem xét vấn đề vortex shedding khi thiết kế cầu vòm, đặc biệt là đối với những chiếc cầu có dây treo hình chữ I. Những thách thức liên quan đến rung động của dây treo thường được giải quyết bằng cách kết nối dây treo một cách chiến lược, giảm độ dài của chúng và điều chỉnh tần số tự nhiên.
Ngăn Chặn Sự Lệch Cột Cầu
Vì cầu vòm có dạng cung và chịu lực xiên lớn, khả năng xảy ra sự lệch cột cầu phải được xem xét khi thiết kế cầu vòm. Các biện pháp phòng tránh là quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc của cột cầu.
Phân Tích Phương Pháp Yếu Tố Hữu Hạn (FEM)
Với sự phát triển của công nghệ máy tính và ứng dụng của nó trong phân tích cấu trúc, nhiều hình dạng cầu vòm độc đáo xuất hiện trong thực tế mà trước đây có thể chỉ là điều tưởng tượng nhưng không thể thiết kế. SOFiSTiK đã đóng một vai trò quan trọng trong hạ tầng của thế giới và SOFiSTiK Bridge + Infrastructure Modeler đã được sử dụng để thiết kế một số cầu vòm độc đáo nhất trên thế giới.
Các Dự Án SOFiSTiK tiêu biểu:
