Phản ứng động lực học của cầu dây văng dưới tác dụng của tải trọng đứt cáp trên mô hình PTHH

Transport and Communications Science Journal, Vol 70, Issue 2 (08/2019), 104-112 
104 
Transport and Communications Science Journal 
DYNAMICS RESPONSE OF CABLE-STAYED BRIDGE UNDER 
THE EFFECT OF CABLE RUPTURE BY FEM MODEL 
Nguyen Huu Hung 
University of Transport and Communications, No 3 Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam. 
ARTICLE INFO 
TYPE: Research Article 
Received: 20/5/2019 
Revised: 2/8/2019 
Accepted: 28/8/2019 
Published online: 15/11/2019 
https://doi.org/10.25073/tcsj.70.2.3 
* Corresponding author 
Email: nhhunggttp@utc.edu.vn; Tel: 0912178594 
Abstract. In the cable-stayed bridge design, the designers often model the cable rupture load 
as static force with the force of cable tension and multiply the dynamic amplification factor. 
This calculation does not fully reflect the dynamic response of the structure under the effect of 
cable rupture load. This paper deals with the problem of cable rupture by nonlinear time 
history analysis on 3D finite element model, the cable rupture phenomenon modeled by 
loading that may vary with time. The results of the paper show the dynamic response of cable 
tension, mid-span displacement and bridge tower displacement. 
Keywords: dynamic amplification factors, dynamic response, nonlinear time history analysis. 
© 2019 University of Transport and Communications 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 70, Số 2 (08/2019), 104-112 
105 
Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải 
PHẢN ỨNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CẦU DÂY VĂNG DƯỚI TÁC 
DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỨT CÁP TRÊN MÔ HÌNH PTHH 
Nguyễn Hữu Hưng 
Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội. 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
CHUYÊN MỤC: Công trình khoa học 
Ngày nhận bài: 20/5/2019 
Ngày nhận bài sửa: 2/8/2019 
Ngày chấp nhận đăng: 28/8/2019 
Ngày xuất bản Online: 15/11/2019 
https://doi.org/10.25073/tcsj.70.2.3 
* Tác giả liên hệ 
Email: nhhunggttp@utc.edu.vn; Tel: 0912178594 
Tóm tắt. Trong thiết kế cầu dây văng, các nhà thiết kế thường mô hình tải trọng đứt cáp như 
là lực tĩnh độ lớn bằng lực căng cáp và nhân thêm hệ số hệ số xung kích. Cách tính này chưa 
phản ánh hết được phản ứng động lực học của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng đứt cáp. Bài 
báo này đi giải quyết bài toán đứt cáp bằng phân tích lịch sử thời gian phi tuyến trên mô hình 
phần tử hữu hạn 3D, hiện tượng đứt cáp được mô hình bằng lực thay đổi theo thời gian. Kết 
quả của bài báo thể hiện phản ứng động lực học của lực căng của cáp văng, chuyển vị giữa 
nhịp và chuyển vị đỉnh tháp. 
Từ khóa: hệ số xung kích, phản ứng động lực học, phân tích lịch sử thời gian phi tuyến. 
© 2019 Trường Đại học Giao thông vận tải 
1. GIỚI THIỆU 
Cầu dây văng đã và đang được xây dựng phổ biến tại Việt Nam và trên thế giới, từ cầu 
dây văng hoàn thành đầu tiên năm 2000 đến nay Việt Nam đã có khoảng 20 cầu xây văng 
nhịp chính từ 150m trở lên đưa vào khai thác. Trong thiết kế các cầu dây văng đều có xét đến 
tổ hợp tải trọng đứt cáp (ví dụ như cầu Cao Lãnh, Vàm Cống và Bạch Đằng mới đưa vào khai 
thác) nhưng hầu như đó là phân tích tĩnh (phân tích giả động) và có xét đến hệ số động bằng 2 
(hệ số xung kích) được lấy theo hướng dẫn của PTI [1]. Theo một số nghiên cứu hệ số động 
lấy như vậy chưa hoàn toàn phù hợp với các bộ phận của một công trình cụ thể, có một số 
trường hợp nhỏ hơn, có một số trường hợp lớn hơn, như nghiên cứu của một số tác giả 
[2,3,4]. Như vậy rất cần có những nghiên cứu về phản ứng động lực học cho các bộ phận của 
mỗi công trình cầu cụ thể. 
Transport and Communications Science Journal, Vol 70, Issue 2 (08/2019), 104-112 
106 
Nghiên cứu về bài toán đứt cáp tại Việt Nam chưa có nhiều, một số bài báo có đóng góp 
của người Việt Nam có thể kể đến như bài báo của tác giả Hoàng Vũ và các cộng sự [2], trong 
bài báo này nhóm tác giả vừa nghiên cứu lý thuyết vừa nghiên cứu thực nghiệm hiện tượng 
đứt cáp. Các nghiên cứu thực nghiệm làm rõ hơn cơ chế phá hoại cũng như độ lớn của hệ số 
động lấy vào khi phân tích tĩnh, cách làm hay được các kỹ sư sử dụng khi thiết kế cầu dây. 
Ngoài ra, bài báo cũng phân tích được sự ảnh hưởng của các số lượng cáp đứt đến các bộ 
phận của kết cấu cầu dây. Bài báo của tác giả Nguyễn Trọng Nghĩa và Vanja Samec [3] cũng 
phân tích bài toán đứt cáp nhưng tập trung vào ảnh hưởng của một tham số đến hệ số động 
khi đưa vào phân tích tĩnh, bài báo cũng minh họa một số kết quả phân tích với thông số của 
một số công trình cầu ở Việt Nam. Tuy nhiên các bài báo cũng chưa đề cập đến sự lan truyền 
hiện tượng đứt cáp với nhau theo thời gian (tương tác lực căng giữa các cáp trước và sau khi 
đứt theo thời gian), phản ứng của kết cấu theo thời gian và chưa xét đến các ảnh hưởng điều 
kiện ban đầu khi phân tích đứt cáp (cáp đứt khi chịu tải trọng gì trước đó). Trên thế giới 
nghiên cứu về bài toán đứt cáp đã được thực hiện từ những năm 1994 bởi E. Hyttinen và các 
cộng sự [4]. Bài toán này đặc biệt được nghiên cứu và quan tâm trở lại sau sự kiện 11/9/2001 
ở Mỹ, trong những năm 2009, 2010 M. Wolff và U. Starossek [5a, b] có những nghiên cứu 
liên quan đến hiện tượng sụp đổ lan truyền từ bài toán đứt cáp trong cầu dây văng. Trong 
nghiên cứu của mình tác giả đã sử dụng mô hình phi tuyến để phân tích ứng xử của các bộ 
phận cầu dây văng dưới tác dụng của tải trọng đứt cáp, tác giả tập trung phân tích phản ứng 
của dầm và tháp với các trường hợp hệ số cản khác nhau để tìm ra hệ số động phù hợp cho 
các bộ phận này. Do đó trong các nghiên cứu này cũng chưa làm rõ mối quan hệ giữa cáp đứt 
với các cáp còn lại, hay làm rõ hơn cáp kế tiếp có nguy cơ bị đứt là cáp nào. Chưa chỉ rõ số 
lượng, vị trí cáp đứt nào thì cầu dây văng sẽ gặp nguy hiểm. Gần đây hơn trong những năm 
2016, 2017 một số các tác giả cũng công bố nghiên cứu của mình cho bài toán đứt cáp như R. 
Das và các cộng sự [6], Harshil Jani và Jignesh Amin [7]. Trong nghiên cứu của mình R. Das 
và các cộng sự đã nghiên cứu được nhiều trường hợp đứt cáp và chỉ ra được vị trí cáp đứt 
nguy h