Bai giang khai thác kiểm định gia cố cầu

Tài liệu giao thông, quyết định của bộ giao thông vận tải. Tốt cho bạn mới ra trường cần tìm hiểu. Đặc biệt hữu ích cho các bạn học thi công công trình đường. Các bạn học công trình dân dụng cũng có thể tham khảo, rất hữu ích cho công việc.

CHƯƠNG I CÔNG TÁC KHAI THÁC, BẢO QUẢN VÀ TU SỬA CẦU

I TỔ CHỨC BỘ MÁY QUẢN LÝ KHAI THÁC CÔNG TRÌNH.

Trong sự nghiệp đổi mới đất nước, yêu cầu phát triển giao thông vận tải ở

Việt Nam rất lớn Nhiều tuyến đường mới với các công trình cầu thi công theocông nghệ tiên tiến đã và đang được hình thành, cùng với việc nâng cấp, cảitạo các hệ thống cầu, đường cũ Xây dựng cơ bản trong giao thông vận tải vàquản lý, khai thác tốt các công trình hiện có là hai nhiệm vụ lớn phải song songthực hiện

Để đáp ứng được yêu cầu này, Bộ Giao thông vận tải đã quy định cácchức năng, nhiệm vụ về quản lý duy tu cho các đơn vị chuyên ngành TCụcĐường bộ Việt Nam và Liên hiệp Đường sắt Việt Nam là hai cơ quan chủ yếuthực hiện chức năng quản lý khai thác hệ thống cầu - đường và các công trìnhkhác trên mạng lưới giao thông đường bộ và đường sắt ở Việt Nam

Cơ cấu hình thành chính của Cục Đường bộ Việt Nam được mô tả nhưsau: dưới cục là bốn khu quản lý đường bộ phụ trách các vùng lãnh thổ khácnhau: khu quản lý đường bộ 2 (các tỉnh phía Bắc); khu quản lý đường bộ 4 (cáctỉnh miền Trung đến đèo Hải Vân); khu quản lý đường bộ 5 (các tỉnh miềnNam Trung Bộ); và khu quản lý đường bộ 7 (các tỉnh phía Nam) Dưới các khuquản lý đường bộ có các phân khu làm nhiệm vụ khai thác và các công ty xâylắp thực hiện các nhiệm vụ xây dựng cơ bản, trung, đại tu công trình Ngoài ra,cũng có một số công ty xây lắp trực thuộc cục để thực hiện nhiệm vụ xây dựngcác công trình có vốn xây lắp lớn hàng năm

Đối với Liên hiệp Đường sắt Việt Nam là đơn vị quản lý và khai thácmạng lưới đường sắt quốc gia, tổ chức hành chính có xu hướng phân chiathành hai khối; quản lý khai thác (thông tin, tín hiệu, tàu, ga, v.v ) và quản lýcông trình (cầu, đường, kiến trúc tầng trên như ba lát, ray, tà vẹt, v.v )

-1-Dưới Liên hiệp Đường sắt Việt Nam có ba liên hợp theo các khu vực : I(phía Bắc), II (miền Trung) và III (phía Nam) Dưới các liên hợp có các phânban và các công ty, là các đơn vị quản lý và trung, đại tu các công trình đườngsắt.

Ngoài ra, để thực hiện các công việc sửa chữa lớn hoặc xây dựng mới cáccông trình đường bộ, đường sắt có vốn đầu tư lớn, Bộ Giao thông vận tải cómột hệ thống các tổng công ty xây lắp bao gồm: Tổng công ty I, IV, V, VI;Tổng công ty xây dựng cầu Thăng Long

Thực hiện nhiệm vụ tư vấn và khảo sát thiết kế các công trình giao thông

là các đơn vị chuyên ngành về tư vấn như Tổng công ty tư vấn thiết kế giaothông vận tải (trước đây là Viện thiết kế giao thông vận tải) và các công ty tưvấn khác trực thuộc các đơn vị quản lý, xây lắp hoặc các cơ sở giao thông vậntải

Trên đây là cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý khai thác, bảo dưỡng mạnglưới đường giao thông quốc gia Đối với hệ thống đường địa phương thì sựquản lý, khai thác, bảo dưỡng thuộc trách nhiệm các sở giao thông vận tải hoặc

sở giao thông công chính Các sở này chịu sự lãnh đạo trực tiếp của chínhquyền tỉnh hoặc thành phố, đồng thời cũng chịu sự lãnh đạo theo ngành dọc là

Bộ Giao thông vận tải

Hiện nay, trong quá trình cải cách hành chính Nhà nước, Bộ Giao thôngvận tải đang tiếp tục hoàn thiện cơ cấu tổ chức để phát huy hiệu quả quản lýnhà nước, thực hiện tốt công tác khai thác và duy tu các công trình cầu -đường, phục vụ đắc lực cho sự nghiệp đổi mới của đất nước

II BẢO QUẢN DÒNG CHẢY VÀ CÁC CÔNG TRÌNH ĐIỀU

CHỈNH HƯỚNG DÒNG

Thu hẹp lòng sông và sự điều chỉnh dòng chảy là những nguyên nhânchính làm cho vận tốc dòng chảy và mực nước tại vị trí cầu tăng hơn nhiều so

với chế độ tự nhiên của chúng, đặc biệt là vào mùa mưa lũ Điều này gây rahiện tượng sói chung của lòng sông tại vị trí cầu Cùng với xói chung, còn xuấthiện xói cục bộ do dòng chảy gặp các vật cản như trụ cầu, các công trình điềuchỉnh dòng chảy, đất đắp 1/4 ở mố…

Mức độ của sói cục bộ phụ thuộc nhiều vào chiều sâu cột nước, bề rộng

và hình thù vật cản, hướng của dòng chảy Hiện tượng xói cục bộ gây nguyhiểm cho sự làm việc bình thường của trụ, làm sụt lở các công trình điều chỉnhdòng chảy và đất đắp trước mố

-3-Trụ cầu cũng cũng như

các công trình điều chỉnh

dòng chảy và đất đắp trước

mố phải được gia cố để

chống lại tác động của xói

Mục đích của công tác kiểm tra là xác định hiện trạng cầu, trên cơ sở đó đề

ra những chỉ dẫn phù hợp cho công việc duy tu, bảo dưỡng và chế độ khai tháccông trình Trong quá trình kiểm tra, tất cả các bộ phận của kết cấu nhịp phảiđược xem xét một cách kỷ lưỡng để thấy hết các khuyết tật và hư hỏng cũng nhưdấu hiệu xuất hiện của chúng

Các hư hỏng, khuyết tật phải được vẽ lại một cách chi tiết với đầy đủ kíchthước và những ghi chú cần thiết

Hiện trạng các bộ phận cũng như tổng thể công trình có thể được xác địnhbằng các phương tiện thủ công, thô sơ thước thép, thước pan - me, máy kinh vĩ,kính lúp… hoặc bằng các thiết bị, máy móc chuyên dùng hiện đại như kính hiển

vi có độ phóng đại cao, siêu âm, …

Việc kiểm tra cần được đặc biệt coi trọng đối với những bộ phận hư hỏngnặng, độ tin cậy thấp Trong những trường hợp cần thiết, phải xác định tính chất

cơ lý, thành phần hóa học của vật liệu, kích thước hình học của cấu kiện nóiriêng và tổng thể công trình nói chung

Những hư hỏng đặc trưng cần được chụp ảnh để lưu giữ

Công tác kiểm tra cầu cần phải được kiểm tra thường xuyên và định kỳ dựatheo đề cương kỹ thuật và kết qủa của nó phải được ghi đầy đủ trong hồ sơ khaithác cầu

Các cơ quan chức năng căn cứ vào số liệu kiểm tra để xác định khả năngchịu tải thực tế của cầu và có các biện pháp sửa chữa, gia cố kịp thời đối vớinhững bộ phận hư hỏng Tùy thuộc vào hiện trạng công trình và mức độ yêucầu, số liệu kiểm tra có thể được kiểm chứng bằng thử tải công trình

3.2 Các hư hỏng và khuyết tật của kết cấu nhịp cầu thép.

Kết quả nghiên cứu hàng loạt cầu với nhiều kiểu dáng, cấu tạo và thời giankhai thác khác nhau cho thấy những nguyên nhân chính gây ra các hư hỏng,khuyết tật trong cầu thép, bao gồm : chất lượng thép và gia công kết cấu chưađạt yêu cầu; những khiếm khuyết về mặt cấu tạo; sai lệch giữa giả thuyết tínhtoán và sự làm việc thực tế của kết cấu; công tác duy tu bảo dưỡng kém; tácđộng của môi trường, đặc điểm của hoạt tải tác động lên cầu

Các hư hỏng của kết cấu nhịp cầu thép, tùy thuộc vào tính chất của nó,được phân chia thành các loại : hư hỏng của bộ phận lien kết ( đinh tán, bu long,

-5-mối hàn ); hư hỏng do hiện tượng mỏi của vật liệu, do sự ăn mòn kim loại, dophá hoại giòn và các hư hỏng cơ học.

3.2.1 Hư hỏng của bộ phận liên kết:

Hư hỏng phổ biến nhất của bộ phận liên kết nói riêng và kết cấu nhịp cầuthép nói chung là các hư hỏng, khuyết tật của đinh tán

Dạng hư hỏng chính của đinh tán là sự phân rã đinh trong quá trình khaithác

Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng phân rã đinh là sự mài mòn cơ họccủa liên kết Tốc độ mài mòn cơ học phụ thuộc vào chuyển vị trượt tương đốigiữa các phân tố nối trên bề mặt tiếp xúc của chúng Trị số chuyển vị trượt cóquan hệ với lưu lượng xe qua cầu, trạng thái ứng suất của liên kết và đặc điểmtác dụng động của hoạt tải Ngoài ra, các đặc điểm cấu tạo, điều kiện làm việccủa liên kết và công nghệ chế tạo cấu kiện cũng ảnh hưởng rất đáng kể đến tốc

độ mài mòn cơ học

Sự phân rã đinh tán làm tăng tác dụng động lên liên kết và phân tố nối, gây

ra biến dạng của liên kết nói riêng và toàn bộ kết cấu nhịp nói chung, dẫn tớihiện tượng tăng nhanh ứng suất tập trung ở vùng lỗ đinh Hệ số ứng suất tậptrung này có thể tăng lên nhiều lần tùy thuộc vào mức độ mài mòn của liên kết.Đồng thời cùng với việc tăng ứng suất tập trung thì khả năng xảy ra những hưhỏng do hiện tượng mỏi của vật liệu ở xung quang lỗ đinh cũng tăng nhanh, đặcbiệt là đối với các cấu kiện làm việc chịu kéo hoặc làm việc chịu lực hai dấu, lặptheo chu kỳ Chính vì vậy, những hư hỏng này thường kéo theo hiện tượng pháhủy mỏi

Sự phân rã đinh tán là một quá trình kéo dài và không ngừng tăng theo thờigian khai thác của công trình Qúa trình này được đặc trưng bằng sự truyền lựcqua liên kết giữa các phân tố nối

Sự làm việc của liên kết, tùy thuộc vào đặc điểm truyền lực, có thể đượcchia thành 3 giai đoạn Ở giai đoạn I, sự truyền lực giữa các phân tố nối thôngqua ma sát bề mặt tiếp xúc của chúng Lúc này, ứng suất tập trung ở mép lỗ đinh

có trị số nhỏ nhất Giai đoạn II được đặc trưng bằng sự truyền lực không chỉthông qua ma sát của bề mặt tiếp xúc mà còn thông qua thân đinh tì lên thành lỗ.Ứng suất tập trung ở mép lỗ đinh bắt đầu phát triển Trong giai đoạn III, sựtruyền lực giữa các phân tố nối chỉ thông qua thân đinh tì lên thành lỗ Ứng suấttập trung đạt tới trị số cực đại Hư hỏng đinh tán do mài mòn cơ học xảy ra ởgiai đoạn III

Cần chú ý rằng, độ mài mòn lớn còn tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâmthực của môi trường, làm cho thép ở mép lỗ đinh bị gỉ nhanh hơn và khả nănglàm việc chịu mỏi của vật liệu giảm Trong cầu dàn, hiện tượng hư hỏng nàythường xảy ra tại các liên kết: thanh xiên và thanh treo vào bản nút ở biên trên;các thanh của hệ liên dọc và ngang vào dàn chủ Đối với hệ mặt cầu, sự phân rãđinh tán thường xảy ra ở các liên kết: dầm dọc với dầm ngang ( đặc biệt là khikhông có bản con cá ); biên dầm vào sườn dầm dọc; các thanh của hệ liên kếtdọc; các thanh của hệ liên kết dọc và ngang vào dầm dọc

Trong cùng một liên kết, các hàng đinh ngoài cùng chịu lực nhiều hơn, nênthường bị hư hỏng trước Ngoài ra, với các điều kiện làm việc như nhau thì cácđinh chịu cắt một mặt bị phân rã nhanh hơn các đinh chịu cắt hai mặt Những vết

gỉ từ đầu đinh tán hoặc từ khe hở giữa các phân tố nối và các vết nứt của lớp sơngần đầu đinh thường là dấu hiệu của sự hư hỏng do mài mòn, nó đòi hỏi phảikiểm tra các đinh này một cách kỹ lưỡng Thông thường, biện pháp gõ đầu đinhbằng búa cũng cho kết quả đủ độ tin cậy để đánh giá chất lượng liên kết

Ngoài ra, kích thước, hình dạng đinh và lỗ đinh cũng như việc lắp đặt đinhkhông đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật đều được coi là khuyết tật của liên kết

Những loại khuyết tật của đinh tán thường gặp trong thực tế được thể hiệntrên hình vẽ 3a

-7-Hình 3: Các khuyết tật của liên kết đinh tán và lien kết hàn

a) Liên kết đinh tán ; b) Liên kết hàn

1 Hở đầu đinh; 2 Đầu đinh bị nứt; 3 Đầu đinh bị lệch; 4 Đầu đinh có gờ

5 Đầu đinh bị nhỏ; 6 Lệch đầu đinh; 7 Đầu đinh xiên; 8 Đầu dinh có

rãnh

9 Rãnh ở thép phân tố; 10 Đầu đinh có vết; 11 Thân đinh không khít

12 Lỗ đinh xiên; 13 Lỗ đinh vẹo; 14 Lỗ đinh ô van; 15 Hàn không thấu

16 Vết nứt trong; 17 Vết nứt mặt; 18 Rãnh ở thép cơ bản

19 Vết nứt ở mặt thép

Những hư hỏng và khuyết tật của liên kết hàn thường thể hiện ở các dạngsau ( hình 3b ): do hàn không thấu - không có sự nấu chảy thép que hàn cùng vớithép cơ bản; do thép cơ bản bị quá nhiệt cục bộ tạo ra các rãnh trên bề mặt của

nó ở cạnh mối hàn; các lỗ rỗng nhỏ ở trong mối hàn; các vết nứt ở trên bề mặt

và trong lòng liên kết; do không đảm bảo kích thước thiết kế Các hư hỏng vàkhuyết tật của liên kết bu lông cường độ cao thường là hiện tượng gỉ của bu lônghoặc các bu lông được xiết chưa đạt yêu cầu

3.2.2 Những hư hỏng do hiện tượng mỏi của thép:

Hiện tượng mỏi của vật liệu là quá trình tích góp các hư hỏng dưới tácdụng thường xuyên của tải trọng lập và tới một mức độ nhất định thì xảy ra sựphá hủy kết cấu

Phá hủy mỏi là hậu quả của quá

trình phát triển vết nứt trong cấu

kiện Những vết nứt mỏi thường xuất

hiện ở những vị trí có ứng suất tập

trung lớn

Trong cầu dàn, những hư hỏng

do mỏi thường xảy ra nghiêm trọng

hơn cả ở các thanh xiên và thanh

treo

Hình ảnh các vết nứt mỏi ở

thanh xiên và vị trí các thanh này

trong một số sơ đồ cầu dàn xem hình

4 và 5 Các vết nứt được phát triển

theo phương vuông góc với trục

thanh và xuất phát từ điểm giao giữa

mép lỗ đinh với mặt phẳng đi quatâm lố và vuông góc với trục thanh

Trong hệ dầm mặt cầu và các liên kết của nó, phá hoại mỏi cũng là hư hỏngphổ biến Các vết nứt mỏi thường có tại vị trí chịu lực cục bộ của biên trên( hình 6 ), ở sườn dầm ( hình 8 ), trên bản con cá ( hình 7 ) và ở thép góc liên kếtdầm dọc với dầm ngang ( hình 9 ) Phá hoại mỏi ở sườn dầm thường được thểhiện qua các vết nứt xiên bắt đầu từ mép của hàng đinh tán thứ 2, thứ 3, thứ 4 vàhướng lên trên ( hình 7 )

Nguyên nhân chính của hiện tượng này là ứng suất kéo tập trung lớn vàluôn thay đổi theo chu trình

Ứng suất pháp lớn trong liên kết dầm dọc với dầm ngang gây ra những vếtnứt mỏi trong bản cá, các vết nứt này bao giờ cũng bắt đầu từ mép lỗ của hàngđinh thứ nhất hoặc thứ hai kể từ dầm ngang ( hình 7 ) Phá hoại kiểu này cònxảy ra đối với biên dưới của những dầm ngang ngoài cùng trong kết cấu nhịpcầu dàn có chiều dài lớn hơn 80m ( hình 10 )

-11-Một trong những yếu tố chính gây ra hiện tượng này là sự đồng thời cùnglàm việc giữa hệ dầm mặt cầu và dàn chủ cao.

Vết nứt xuất hiện ở thép góc liên kết ( hình 9 ) là do tác động của mômenuốn tại mối nối và thành phần lực trong dầm dọc khi tham gia cùng làm việc vớicác biên của giàn chủ

Trong kết cấu nhịp cầu hàn, phá hoại mỏi có thể xảy ra ở những vùng tậptrung ứng suất kéo do tác động của ngoại lực hoặc những nơi có ứng suất dư dohàn gây ra Như vậy, các vết nứt mỏi có thể xuất hiện trong mối hàn hoặc ngaytrong kết cấu khi tiết diện của nó thay đổi đột ngột

3.2.3 Hư hỏng do hiện tượng ăn mòn kim loại:

Các kết cấu nhịp cầu thép cùng với thời gian khai thác, đều có những hưhỏng do hiện tượng ăn mòn kim loại gây ra Mức dộ của những hư hỏng này phụthuộc chủ yếu vào các biện pháp bảo vệ thép khỏi sự ăn mòn và công tác duy tubảo dưỡng

Thép gỉ ( hình 11 ) làm cho

tiết diện của phân tố bị giảm yếu và

sức chịu tải cũng giảm theo Đặc

biệt, tác động đồng thời của gỉ và

tải trọng lặp theo chu kỳ dễ dàng

làm xuất hiện các vết nứt gỉ - mỏi

trong cấu kiện

Tốc độ phát triển gỉ phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố: thành phần hóahọc của thép, công nghệ chế tạo cấu kiện, biện pháp chống gỉ, vùng khí hậu, môitrường và trạng thái ứng suất…

Yếu tố chính làm gỉ xuất hiện và quyết định tốc độ phát triển của gỉ là bềmặt thép bị ẩm ướt Thực nghiệm cho thấy, ở môi trường có độ ẩm tương đốinhỏ hơn 40%, thép không bị gỉ ngay cả khi bề mặt của nó đọng rác bẩn.

Sự ô nhiễm môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho gỉ xuất hiện và pháttriển Gỉ tồn tại ở hai thể là gỉ bề mặt và gỉ cục bộ

Ở các biên dàn chủ, hệ dầm mặt cầu và hệ liên kết thường có gỉ bề mặt doviệc thoát nước trên mặt kết cấu kém hoặc do hiện tượng rác bẩn đọng lại gây

ra Gỉ cục bộ thường xuất hiện tại các liên kết, mối nối và nút dàn

Hiện tượng ăn mòn kim loại phát triển nhanh trong điều kiện khí hậu nóng

ẩm như nước ta và sự đấu tranh chống lại nó phải được thực hiện thường xuyên,nghiêm túc, vì trong nhiều trường hợp gỉ là nguyên nhân chính dẫn tới việc thaythế hoặc gia cố kết cấu nhịp rất tốn kém

3.2.4 Hiện tượng phá hoại giòn:

Hiện tượng kết cấu bị phá hủy dưới tác dụng của tải trọng mà biến dạngdẻo hầu như không xuất hiện được gọi là phá hoại giòn

Về bản chất, hiện tượng này là hậu quả của việc phát triển vứt nứt một cáchđột ngột tại những vị trí xung yếu có ứng suất vượt tải lớn

Tốc độ lan truyền vết nứt trong kết cấu có thể đạt tới 5000m/s Khả năngxuất hiện phá hoại giòn phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của thép, thành phần hóahọc, độ tinh khiết, hình dạng cấu kiện, trạng thái ứng suất, tốc độ biến dạng,nhiệt độ của môi trường xung quanh, v.v…

Kinh nghiệm khai thác cho thấy, phá hoại kiểu này thường hay gặp ở kếtcấu nhịp cầu hàn, ít thấy ở kết cấu nhịp cầu tán đinh

-13-3.2.5 Các khuyết tật cơ học:

Sự va đập lên phân tố kết cấu do các tải trọng quá khổ giới hạn qua cầu hay

do bom đạn hoặc xảy ra trong quá trình gia công và lắp ráp làm xuất hiện cáckhuyết tật cơ học

Những hư hỏng cơ học rất đa dạng, cấu kiện có thể bị đứt toàn bộ hay từngphần hoặc xẩy ra hiện tượng cong , vênh tổng thể hay cục bộ của phân tố kếtcấu Mức độ nguy hiểm của hư hỏng được xác định cho từng trường hợp cụ thể,

nó tùy thuộc vào độ lớn của khuyết tật và sự thay đổi trạng thái ứng suất ở phân

tố kết cấu do va đập gây ra Sự va đập có thể tạo ra những vết nứt ở vùng xungquanh khuyết tật Hiện tượng cấu kiện bị uốn cong sẽ làm phát sinh ứng suấtphụ, và riêng đối với các phân tố chịu nén, nó còn làm giảm khả năng chịu uốndọc của chúng

Thông thường, độ thẳng của cấu kiện được kiểm tra bằng phương pháp đơngiản là căng dây thép mảnh dọc theo trục của thanh Nếu đường tên đoạn uốncong lớn hơn 1/7 bán kính quán tính của tiết diện trong mặt phẳng uốn cong đốivới cấu kiện chịu nén và 1/10 chiều cao tiết diện đối với cấu kiện chịu kéo thìchỉ cần kiểm tra độ cong cho phép Trong trường hợp ngược lại, phải có ngaybiện pháp gia cố và sửa chữa phân tố kết cấu

Các cấu kiện chịu nén bị uốn cong, lại đồng thời có những hư hỏng ở hệthanh giằng giữa các nhánh của tiết diện, phải được đặc biệt quan tâm

3.3 Sửa chữa các khuyết tật của kết cấu nhịp cầu thép.

Phần này chỉ đề cập đến các biện pháp sửa chữa những khuyết tật và hưhỏng nhẹ, ít gây ảnh hưởng đến sức chịu tải của kết cấu, còn việc khắc phụcnhững hư hỏng nặng, làm giảm khả năng chịu tải của cầu, sẽ được xét đến ởphần gia cố kết cấu nhịp

3.3.1 Nắn lại các bộ phận uốn cong và biến dạng cục bộ:

Các phân tố thép bị uốn cong phải được nắn thẳng hay phẳng trở lại trongđiều kiện nhiệt độ bình thường, vì cấu trúc phân tử của thép dễ dàng bị thay đổidưới tác dụng nhiệt

Những vùng cong cục bộ được làm phẳng bằng vam ( hình 12a ) Các thépgóc, thép └┘ và thép bản bị uốn cong trên chiều dài nhỏ có thể được làm phẳngbằng má kẹp ( hình 12b )

Các điểm lồi nhỏ ở tấm thép có thể được khắc phục bằng cách dùng búa tạđập lên nó thông qua một tấm đệm Những biến dạng lớn, chẳng hạn như biếndạng của sườn dầm đặc, được làm phẳng bằng kích có sự hỗ trợ của thanh căng

và dầm hãm ( hình 12c )

Trong trường hợp cần thiết, có thể hàn thêm sườn tăng cường phụ tại vị tríbiến dạng Bọc bê tông cục bộ phần sườn dầm bị biến dạng là biện pháp rất đơngiản để tăng cường Liên kết giữa bê tông và thép được bảo đảm tốt nhờ cácthanh cốt thép neo hàn trên bề mặt sườn dầm

Những biến dạng cục bộ của thanh dàn chủ có thể được làm phẳng bằngkích ( hình 12d )

-15-Hệ thanh giằng, bản giằng có thể được tháo bỏ trên đoạn thanh uốn congtrước khi nắn thẳng và sau đó lại được thay mới Những cấu kiện của dàn chủ cóbiến dạng lớn cần được thay mới toàn bộ hay từng phần.

3.2.2 Sửa chữa vết nứt, lỗ thủng và tiết diện giảm yếu:

Vết nứt trong kim loại thường được khắc phục bằng cách hàn phủ kín hoặcdùng bản thép táp lên bề mặt cấu kiện ( phương pháp táp thép )

Trước khi hàn phủ hoặc táp thép, để phòng ngừa khả năng vết nứt tiếp tụcphát triển, cần phải khoan lỗ với đường kính 8 ÷ 12mm ở hai đầu vết nứt

Dùng mối hàn để phủ kín vết nứt thường chỉ được thực hiện đối với các kếtcấu phụ với điều kiện thép của phân tố cho phép hàn được Ngoài ra, trước khihàn, các mép vết nứt phải được gia công vát dưới một góc 60 ÷ 80o ( hình 13a )

Mối hàn được thực hiện ở cả hai mặt của bản thép và theo đợt để giảm biếndạng nhiệt, đồng thời tránh nung quá nóng thép cơ bản.

Dùng bản thép hoặc thép góc táp vào cấu kiện tại các vị trí có vết nứt, lỗthủng hay tiết diện giảm yếu là biện pháp được sử dụng rộng rãi hơn cả Thôngthường thép được táp ở cả hai phía và được phủ kín toàn bộ tiết diện của cấukiện với liên kết phổ biến là bu lông cường độ cao ( hình 13b, c, d, e ) hay là liênkết hàn trong một số ít trường hợp ( hình 13b )

3.3.3 Công tác thay thế đinh tán:

Các đinh tán hư hỏng được thay thế bằng bu lông cường độ cao Việc thaythế xen kẽ như vậy tạo ra một liên kết hỗn hợp đinh tán - bu lông cường độ cao.Kết quả nghiên cứu cho thấy, sự làm việc đồng thời giữa đinh tán và bu lôngcường độ cao được đảm bảo tốt, độ bền và tuổi thọ của hai loại liên kết này caohơn liên kết tán đinh Khi bu lông cường độ cao được lắp ở những vị trí chịu lựcnhiều hơn, nó có thể làm tăng một cách đáng kể khả năng chống mài mòn vàmỏi của liên kết

-17-Hình 13: Sửa chữa vết nứt và khuyết tật

a) Hàn phủ vết nứt; b, e) Phủ kín vết nứt bằng tấm thép bản với lien kết

bu long cường độ cao:

1 Bản đệm; 2 Thép bản táp; 3 Bu lông cường độ cao có sẵn; 4 Bu

lông cường độ cao mới;

c, d) Phủ vết nứt bằng táp thép góc với liên kết bu lông cường độ cao:

1 Thép góc táp; 2 Bu lông cường độ cao mới; 3 Lỗ ở đầu vết nứt;

4 Bu lông cường độ cao có sẵn;

g) Khắc phục khuyết tật bằng táp thép bản với lien kết hàn:

1 Má kẹp; 2 Khuyết tậ; 3 Nêm; 4 Thép bản táp.

Trong trường hợp không thực hiện các tính toán chi tiết, số lượng đinh tánthay thế đồng thời cùng một lúc không được vượt quá 10% tổng số lượng đinhtrong liên kết

Để tránh gây ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của liên kết, các đinhthay thế được tháo bỏ theo hai giai đoạn: Trước tiên, dùng mũi khoan rỗng đểcắt đầu đinh ( hình 14a ) hoặc cắt đầu đinh bằng mỏ cắt hơi ( hình 14b ), cần chú

ý sao cho thép cơ bản không bi nung quá nóng Sau đó, dùng đột đóng bật thânđinh ra

IV KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 4.1 Công tác kiểm tra đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép.

Công tác kiểm tra kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép được thực hiện với nộidung hoàn toàn tương tự như đối với kết cấu nhịp cầu thép Riêng cường độ bêtông thường được xác định bằng súng bắn bê tông ở nhiều tư thế theo đúng chỉdẫn kèm theo từng loại sung

4.2 Các hư hỏng và khuyết tật của cầu bê tông cốt thép.

Dạng hư hỏng phổ biến nhất ở cầu bê tông cốt thép là các vết nứt và hiệntượng bong, rộp bê tông

Đối với kết cấu bê tông cốt thép thường, các vết nứt thường xuất hiện ởmiền chịu kéo Nếu độ mở của vết nứt không vượt quá 0,2mm thì cốt thép trongkết cấu sẽ không bị gỉ và do đó không làm giảm đáng kể tuổi thọ của công trình.Nguy hiểm nhất là các vết nứt xuất hiện trong kết cấu bê tông cốt thép ứng suấttrước ( BTCTƯST ) có bố trí cốt thép ứng suất trước dưới dạng các bó cốt thép,hoặc các thanh thép, bó cáp thép riêng biệt Khi hơi nước thông qua các vết nứt

-19-xâm nhập vào sẽ làm gỉ và ăn mòn cốt thép, tiết diện thép nhanh chóng bị giảmyếu.

Trong một số trường hợp, các vết nứt làm giảm sức chịu tải của một cấukiện riêng biệt là nguyên nhân chính làm giảm khả năng chịu tải của kết cấunhịp Điều này liên quan trước hết đến các kết cấu ứng suất trước ( chẳng hạnnhư khi có các vết nứt xiên ở sườn dầm )

Khi đánh giá mức độ nguy hiểm của các loại vết nứt khác nhau, cần phântích kỹ ảnh hưởng của chúng đến các đặc điểm khai thác kết cấu, đồng thời phảichú ý đến khuynh hướng phát triển vết nứt

Hình 15 thể hiện các dạng vết nứt điển hình thường gặp trong kết cấu nhịp

Các vết nứt dọc 3 tại vị trí tiếp giáp giữa cánh dầm và sườn dầm, có ảnhhưởng xấu đến sự làm việc của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng Các vết nứt

này cần được đặc biệt quan tâm khi xác định khả năng chịu tải của công trình.Một trong những nguyên nhân chính gây ra vết nứt 3 là làm sai quy trình côngnghệ chế tạo kết cấu nhịp Các vết nứt ngang 4 ở cách dầm phát sinh chủ yếu docốt thép dọc ở phía dưới bị kéo quá căng và do tác dụng của mômen trong quátrình lao lắp dầm Đối với dầm giản đơn, các vết nứt này sẽ khép lại trong quátrình khai thác dưới tác dụng của tĩnh và hoạt tải.

Các vết nứt ngang 5 ở bầu dầm chịu kéo của kết cấu nhịp BTCTƯST chothấy công tác căng cốt thép chưa đạt yêu cầu ( lực căng chưa đủ ), có sự mất mátứng suất lớn ( do co ngót, từ biến của bê tông ), và do không bảo đảm sự làmviệc bình thường của cơ cấu neo Các vết nứt loại này không làm giảm khả năngchịu tải của kết cấu nhịp, song có thể thúc đẩy sự gỉ cốt thép Các vết nứt dọc ởbầu dầm nén trước 6 xuất hiện chủ yếu trong những năm đầu của quá trình khaithác Các vết nứt loại này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho gỉ phát triển Các vếtnứt ngang 7 ở phần đầu dầm phát sinh dưới tác dụng của ứng suất cục bộ docăng cốt thép Các vết nứt loại này thường phát triển trong thời kỳ đầu của quátrình khai thác Các vết nứt 8 trong khu vực gối tựa thường là do những khiếmkhuyết về cấu tạo ( tập trung neo, thớt gối nhỏ, … ) gây ra Điều kiện làm việccủa gối tựa gây ảnh hưởng đáng kể đến dự phát triển các vết nứt này

Trong kết cấu nhịp vòm bê tông cốt thép, vết nứt thường phát sinh nhiềunhất ở các thanh treo và thanh giằng, nhưng cũng có thể xuất hiện cả ở bản thânvòm và thanh chống ( hình 16 )

-21-Sự thoát nước mưa và chống thấm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối vớikết cấu bê tông cốt thép.

Nếu giải quyết thoát nước và chống thấm kém, nước có thể xâm nhập vàotrong kết cấu làm gỉ cốt thép và bong rộp bê tông

Hiện tượng rỗ mặt bê tông cũng được coi là khuyết tật của kết cấu nhịp cầu

bê tông cốt thép

4.3 Sửa chữa các khuyết tật của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép.

Sửa chữa các khuyết tật của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép nằm trongphạm vi sửa chữa nhỏ và vừa, nó chỉ nhằm mục đích kéo dài thêm tuổi thọ củacông trình, còn việc phục hồi hoặc nâng cao sức chịu tải của cầu thuộc phạm visửa chữa lớn, sẽ được đề cập trong phần gia cố kết cấu nhịp

4.3.1 Khắc phục các vết nứt trong bê tông:

Các vết nứt trong bê tông, tùy thuộc vào độ mở rộng, phải được chét kínbằng vữa xi măng với cốt liệu phù hợp

Hiện nay, các hóa chất xây dựng được sử dụng rộng rãi để chét các vết nứttrong bê tông

Hiệu quả của công tác sửa chữa này phụ thuộc rất nhiều vào sự tẩy bỏ vàlàm sạch bề mặt bê tông, cốt thép tại vị trí chét vữa

Trước khi chét vữa, phần long lở trên bề mặt bê tông được tẩy sạch, sau đólàm vệ sinh bằng rửa nước và khí nén, đồng thời cạo sạch gỉ cốt thép Những vếtnứt với độ mở rộng lớn hơn 1mm phải được tạo khe dạng hình nêm hoặc hìnhchữ nhật ( hình 17 )

Vữa được nhồi vào vết nứt thông qua các ống, có độ sệt đúng quy định vàđược nhồi chặt trên suốt chiều dài cũng như chiều sâu của vết nứt.

4.3.2 Sửa chữa phần bê tông long lở, bong rộp hoặc rỗ mặt:

Phần bê tông long lở, bong rộp hoặc rỗ mặt được sửa chữa bằng cách phủlại một lớp vữa bê tông với bề dày tương ứng và cốt liệu phù hợp Trong trườnghợp này, tùy theo tình hình cụ thể, có thể sử dụng bê tông pôlime hoặc các hóachất xây dựng phù hợp

Trước khi tạo lớp phủ, bề mặt kết cấu phải được làm sạch, toàn bộ phần bêtông bong lở, bong rộp phải được đục bỏ Những cốt thép gỉ phải được cạo sạch,trong trường hợp cần thiết phải bố trí thêm cốt thép Vữa bê tông phải có độ sệtthích hợp và đặc biệt phải tạo được sự dính kết tốt giữa bê tông mới với bê tôngcũ

Sự dính kết giữa hai lớp bê tông cũ và mới có thể được đảm bảo bằng cácrâu cốt thép hoặc bằng keo dính kết

Để đảm bảo độ sệt thích hợp khi đổ bê tông, có thể sử dụng phụ gia hóadẻo Trong trường hợp sử dụng phụ gia và hóa chất xây dựng, phải đặc biệt lưu

ý thời gian thi công cho phép

Việc bảo dưỡng bê tông và tháo dỡ dàn giáo, ván khuôn phải tuân thủ tuyệtđối theo quy trình kỹ thuật

V KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA MỐ TRỤ CẦU 5.1 Công tác kiểm tra mố trụ cầu và những hư hỏng chủ yếu.

-23-Kiểm tra mố, trụ cầu nhằm xác định thực trạng của từng cấu kiện nói riêng

và tổng thể công trình nói chung Trong quá trình kiểm tra, tất cả các bộ phậnđều phải được xem xét kỹ lưỡng để xác định vị trí, kích thước, các hư hỏng vàdấu hiệu xuất hiện của chúng

Các phương tiện và thiết bị được dùng cho công tác kiểm tra mố, trụ cũnggiống như đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép

Kết quả điều tra phải được ghi lại đầy đủ trong hồ sơ khai thác cầu kèmtheo những chú giải cần thiết Đối với phần mố, trụ nằm chìm trong nước và đặcbiệt là trong đất thì công tác kiểm tra gặp nhiều khó khăn và đòi hỏi phải có thợlặn Những năm gần đây, khi điều tra, khảo sát các công trình ngập nước, người

ta sử dụng thành công thiết bị truyền hình di động truyền hình di động dướinước

Những hình thức hư hỏng phổ biến nhất của mố, trụ cầu là: hiện tượng phonghóa và xâm thực bề mặt; hiện tượng nứt nẻ, sứt vỡ và rỗ mặt; bản thân trụ bịchuyển vị ( lún, trượt, nghiêng )

Trong quá trình khai thác, bề

mặt trụ chịu tác động phong hóa

Qúa trình này diễn ra đặc biệt mạnh

ở phần có mực nước thay đổi Dấu

hiệu chủ yếu để nhận biết sự phong

hóa là hiện tượng bong tróc và bong

lở bề mặt trụ Các công trình cầu ở

vị trí sông gần các nhà máy, khu

công nghiệp thì phần thân trụ chìm

dưới nước dễ bị phá hoại bởi sự xâm

thực hóa học của nước từ các phế

thải đổ vào sông ( hình 18 )

Các vết nứt ở trụ cầu rất đa dạng: nứt mặt, nứt sâu hoặc nứt xiên thấu Nguyênnhân và sự phát triển của vết nứt có thể xác định thông qua bề ngoài của chúng.Chẳng hạn, các vết nứt có độ mở rộng lớn ở phần dưới và thu hẹp dần lên phía trên( hình 19a ) cho thấy trụ có thể bị lún không đều và khả năng chịu tải của nềnkhông đủ.

Khi gối tựa không đảm bảo biến dạng tự do của kết cấu nhịp cũng sẽ làm phátsinh những lực ngang lớn tác động lên trụ và gây ra các vết nứt ( hình 19b, c ) Đốivới mố cầu có tường cánh, nếu đắp đất không đạt yêu cầu và thoát nước kém thì cóthể xuất hiện áp lực hông lớn gây nứt tách tường cánh ( hình 19a, các vết nứt phíatrên )

Tất cả các hình thức hư hỏng kể trên xuất hiện chủ yếu trong quá trình khaithác Tuy nhiên, các vết nứt có thể hình thành ngay cả trong thời gian thi công trụ,nhất là các vết nứt do co ngót bê tông gây ra ở các trụ nặng Các vết nứt xuất hiệntrong thời gian thi công trụ có thể tiếp tục phát triển trong quá trình khai thác

Chuyển vị của trụ cầu thường xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau: xói trụ,nền không đủ khả năng chịu tải, áp lực ngang của đất đắp tăng, hiện tượng trượt…Những chuyển vị đáng kể của trụ được nhận biết một cách dễ dàng thông qua

những dấu hiệu bề ngoài Chẳng hạn, khi mố dịch chuyển về phía nhịp thì gối tựa

di động cũng chuyển dịch theo và kết quả là đầu mút của kết cấu nhịp có thể đụngvào tường đỉnh hoặc vào kết cấu nhịp kế tiếp theo Hiện tượng nghiêng hay chuyển

vị của trụ giữa theo phương dọc cầu dễ dàng thấy được thông qua sự thay đổikhoảng cách giữa các đầu mút của các nhịp liền kề nhau Sự chuyển vị của trụcũng có thể được khẳng định dựa theo vị trí của đường ray trên bình đồ và trắc dọc

Sự dịch chuyển của mố đôi khi còn kéo theo hiện tượng trượt lở khối đất đắp sau

mố Kết quả đo vẽ vị trí mố, trụ bằng các thiết bị chuyên dùng cho ta những số liệuchính xác về chuyển vị của chúng Độ lún của trụ có thể được xác định bằng máythủy bình, còn độ nghiêng và trượt được xác định bằng máy kinh vĩ Các số liệu đocao bằng thủy bình phải được ghi lại thông qua cọc mốc Khi dùng máy kinh vĩ đểquan trắc độ nghiêng của trụ, người ta thường gắn vào thân trụ các mốc đặc biệt tại

vị trí đặt mia

Các kết quả quan trắc kèm theo những ghi chú về điều kiện thực hiện việcquan trắc đó phải được ghi đầy đủ vào hồ sơ khai thác cầu

5.2 Sửa chữa mố, trụ cầu.

Các hư hỏng ở mố, trụ cầu cần phải được khắc phục kịp thời để đảm bảo antoàn cho người và các phương tiện giao thông qua cầu Phương pháp sửa chữatrong từng trường hợp cụ thể được xác định trên cơ sở đánh giá tổng hợp toàn diệntính chất hư hỏng và nguyên nhân gây ra chúng

Nguyên tắc, sửa chữa mố, trụ cũng tương tự như sửa chữa kết cấu nhịp bêtông cốt thép Điều khác biệt là kích thước khuyết tật ở mố, trụ thường lớn hơn và

có những phần việc phải thực hiện ở dưới nước

Đối với những vết nứt có độ mở rộng và chiều sâu lớn thì việc chét vữaximăng có thể không mang lại hiệu quả mong muốn Trong những trường hợp này,

tùy tình hình thực tế, người ta có thể dùng đai thép hoặc đai bê tông cốt thép đểkhắc phục khuyết tật Đai bê tông cốt thép thường được sử dụng để sửa chữa hưhỏng của phần trụ cầu ở trên cạn, còn đai thép có thể được dùng cả ở trên cạn lẫn ởdưới nước ( hình 20 ).

Các đai thép và bu lông liên kết phải có lớp bảo vệ để tránh hiện tượng ănmòn kim loại, đặc biệt khi công trình ở vùng nước mặn hoặc sông có phế thải côngnghiệp đổ vào Trước khi tiến hành sửa chữa, phần mặt trụ phải được làm sạchbằng bàn chải sắt hoặc vòi xói…

Phương pháp “áo” bê tông hoặc “áo” bê tông cốt thép cũng được áp dụng rộngrãi để khắc phục các hư hỏng của mố trụ cầu Việc thi công lớp “áo” này ở phần trụngập nước có thể được thực hiện bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước hoặc húthết nước rồi mới đổ bê tông ( hình 21 ) Trước khi thi công lớp “áo”, bề mặt phầntrụ hư hỏng phải được làm sạch rêu, bẩn và lớp bê tông bong, rộp Ngoài ra, “áo”

bê tông phải được liên kết chặt với trụ bằng các râu thép hoặc keo dính kết

Để hút cạn nước, người ta thường sử dụng vòng vây cọc ván ( hình 21a )

CHƯƠNG II KIỂM ĐỊNH CẦU CŨ

I KHÁI NIỆM CHUNG

Các công trình xây dựng nói chung và công trình cầu nói riêng, sau một thờigian sử dụng thường có những thay đổi nhất định, có thể làm ảnh hưởng tới khảnăng chịu lực của công trình Những thay đổi này có thể do nguyên nhân như môitrường, thời gian, tác động của hoạt tải và tĩnh tải, và có thể do các nguyên nhânkhác nữa Những thay đổi bao gồm thay đổi về mặt hình dạng bên ngoài và thayđổi về bản chất cũng như tính chất cơ lý của vật liệu, sự liên kết, dính kết của các

- Đo đạc lại thật chi tiết các kích thước hình học của các phân tố kết cấu vàcác bộ phận công trình ;

- Khảo sát kỹ lưỡng tình trạng của các bộ phận công trình Đặc biệt lưu ý

và xác định mức độ của các hư hỏng, khuyết tật có ảnh hưởng tới khả năng chịulực Khi cần thiết có thể phải lấy mẫu vật liệu để thí nghiệm các đặc trưng cơ lýcũng như phân tích thành phần hóa học ;

- Tính toán xác định lại khả năng chịu lực của bộ phận công trình, phân tốkết cấu và tổng thể công trình Khả năng chịu lực này phải tương ứng với hiệntrạng thực tế, nghĩa là phải xét tới đầy đủ ảnh hưởng và tác động của môi trường,thời gian và các nhân tố khác trong quá trình đã sử dụng công trình ;

- Thử tải trọng công trình để có những số liệu cụ thể về một số thông số kỹthuật nói lên sự làm việc thực tế và khả năng chịu lực của công trình

Công việc kiểm định các công trình cầu là một loại công việc phức tạp, đòi hỏimột trình độ chuyên môn cao kết hợp với kỹ nămg và kinh nghiệm thực tiễn sâusắc về các mặt lý thuyết, thiết kế, thi công và khai thác đối với công trình cầu, đồngthời cũng đòi hỏi các thiết bị và phương tiện đo lường đặc chủng vì thế công tác

này thường do đơn vị hoặc bộ phận chuyên môn thực hiện Tham gia vào công táckiểm định phải là những chuyên gia giỏi, có kiến thức vững chắc cả về chuyên mônxây dựng cầu lẫn về thí nghiệm công trình.

Vì các khâu công tác được tiến hành chủ yếu ngay tại hiện trường, tức là trêncác cầu đang khai thác, cho nên công việc kiểm định phải được thực hiện theo một

kế hoạch và đề cương rất chi tiết và sát sao, để hạn chế đến mức tối đa việc phongtỏa giao thông trên cầu Bên cạnh đó vấn đề đảm bảo an toàn cho con người, chomáy móc tiết bị và cho cả công trình phải đặc biệt đề cao

Qua kiểm định, các tài liệu và số liệu thu thập được sẽ phải đưa vào hồ sơ kỹthuật của công trình Cụ thể là các bản vẽ có kích thước thực tế, các vị trí và mức

độ hư hỏng và khuyết tật, thuyết minh và các báo cáo về thí nghiệm mẫu và thử tảitrọng bao gồm những kết quả và số liệu đo đạc về ứng suất, biến dạng, độ võng, tần

số dao động, đặc trưng cơ lý và thành phần hóa học của vật liệu kết cấu… ; nhữngnhận xét đánh giá và kết luận về tình trạng và khả năng chịu lực của cá phân tố kếtcấu, bộ phận công trình nói riêng và tổng thể cả công trình nói chung

II CÔNG TÁC KHẢO SÁT VÀ THU THẬP TÀI LIỆU VỀ HIỆN

TRẠNG CÔNG TRÌNH.

Khảo sát và thu thập tài liệu về hiện trạng công trình là một khâu quan trọngcho phép xác định khả năng chịu tải của phân tố kết cấu, bộ phận công trình cũngnhư tổng thể công trình Ở đây, các hồ sơ kỹ thuật được lưu trữ của công trình cómột ý nghĩa rất quan trọng, có tính chất quyết định đối với khối lượng cũng nhưtính chất của một số công việc phải tiến hành tại thực địa, đồng thời nó cho phép cóthể dựa vào để đối chiếu với những tài liệu thu thập được trong quá trình kiểm định

mà đưa ra được những nhận xét, đánh giá chính xác về công trình Nếu trong hồ sơ

kỹ thuật lưu trữ có đầy đủ cá bản vẽ về kết cấu và các bộ phận của công trình thì sẽgiảm nhẹ được công việc đo đạc, xác định lại kích thước các phân tố và chi tiết kếtcấu Nếu cần thì chỉ đo đạc và xác định kích thước một số ít phân tố và chi tiết cótính chất kiểm tra mà thôi

Đối với kết cấu nhịp cầu thép cần phải có được những số liệu sau :

- Lên được sơ đồ của kết cấu nhịp, bao gồm các kích thước hình học tổng thểcủa các dàn chủ, đường tim các thanh của dàn chủ trên chính diện và trên bình đồ,

độ cong vênh cục bộ, đường tim của các thanh hệ liên kết giằng gió, hệ dầm mặtcầu ;

- Lên được bản vẽ cấu tạo các bộ phận và chi tiết kết cấu, các thanh, mối nối,liên kết nút và tình hình tiêu hao do gỉ, vị trí chỗ gỉ, những chi tiết kết cấu bị hưhỏng, khuyết tật, các mối liên kết đinh tán, bu lông và hàn

Khi quan trắc cao độ kết cấu nhịp thì lấy các điểm đo tại các nút dàn, đồngthời chú ý đặt mia trên những vị trí tương ứng của mỗi nút, chẳng hạn như cùng đặtmia trên các bản nằm ngang, trên cánh thép góc của thanh biên dưới dàn chủ, trênbản biên của dầm ngang nối vào nút dàn chủ

Trên hình 22 là ví dụ đo cao độ của các nút thuộc biên dưới kết cấu nhịp cầudàn thép

Nếu đường biên dưới của kết cấu nhịp vẽ nên một độ vồng điều hòa là thểhiện chất lượng tất cả về mặt chế tạo lẫn thi công lắp ráp, kết cấu làm việc khảquan Tuy nhiên nếu hình dạng đường biên đó không được như vậy thì có thể cũngkhông hẳn là hạu quả của những biến dạng nguy hiểm, mà có thể do sai sót trongchế tạo hoặc lắp ráp Muốn đánh giá đúng phải dựa trên sự so sánh kết quả quantrắc lần này và lần trước, để có thể kết luận sự diễn biến qua một quá trình khaithác công trình

Việc lên sơ đồ kết cấu nhịp trên bình đồ có thể thực hiện bằng các máy trắcđạc hoặc đơn giản hơn là dung dây căng theo đường tim cầu, rồi từ đó đo khoảngcách tới các điểm nút dàn chủ Thường thường nêu lên bình đồ cả cả ở mức thanhbiên dưới lẫn thanh biên trên các dàn chủ để xác định xem kết cấu có bị vặn đi haykhông

Trên hình 23 là số liệu quan trắc trên bình đồ của một kết cấu nhịp dàn thép

Đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép thì công việc thu thập các số liệukích thước hình học có phàn đỡ phức tạp hơn so với kết cấu nhịp cầu dàn thép.Công tác khảo sát phải đảm bảo :

Hình 22: Số liệu đo cao độ các nút biên dưới kết cấu nhịp dàn thép

a) Dàn hạ lưu ; b) Dàn thượng lưu ; c) độ nghiêng của thanh biên ;

d) Đỉnh ray phía hạ lưu ; e) Đỉnh ray phía thượng lưu

Hình 23: Số liệu quan trắc trên bình đồ mặt cầu dàn

a) Dàn hạ lưu ; b) Dàn thượng lưu ; c) Độ lệch tim đường so với tim cầu ; độlệch của kết cấu nhịp

- Lên được sơ đồ và kích thước chung của toàn kết cấu nhịp, bao gồm các dầmdọc, bản mặt cầu Cũng giống như đối với cầu thép, nếu có sẵn những hồ sơ kỹthuật của cầu thì công việc lên kích thước và sơ đồ kết cấu nhịp đơn giản đi rấtnhiều, đặc biệt là việc xác định những số liệu về cốt thép

- Thể hiện tình hình nứt của kết cấu nhịp cả về vị trí và mức độ, sự phong hóa

và xâm thực đối với bề mặt kết cấu và tình trạng han gỉ của cốt thép Công việckhảo sát tình trạng cốt thép là cực kỳ khó khăn phức tạp Nếu không có những máymóc thiết bị hiện đại như máy chụp ren-ghen, máy chụp phóng xạ thì có thể phảiđục bê tông để xem xét một đôi chỗ

Những vết nứt do nguyên nhân lực thì phải quan tâm đặc biệt Ngoài việc thểhiện trên bản vẽ của hồ sơ kiểm định, nên có sự đánh dấu vị trí cuối vết nứt và ghi

rõ ngày tháng tiến hành khảo sát để tiện theo dõi sự phát triển Những vết nứt có độrộng vượt quá 0,2mm sẽ đe dọa sự an toàn của cốt thép, vì nước và hơi ẩm có khảnăng thâm nhập tới gây gỉ

Bên cạnh sự khảo sát thu nhập số liệu kích thước và tình trạng bề ngoài củakết cấu, có thể phải xác định cường độ bê tông Trong trường hợp này người tathường sử dụng súng bắn bê tông Cũng có thể sử dụng phương pháp khoan bê tông

để lấy mẫu về thí nghiệm cường độ Song, như vậy tương đối phức tạp và tốn kém,đồng thời sau đó phải trám lại lỗ khoan trên kết cấu Người ta còn dùng thiết bị siêu

âm để xác định cường độ của bê tông, dựa trên tốc độ truyền sóng có quan hệ vớitính chất đàn hồi, độ chặt và kích thước hình học

Khảo sát mố trụ cầu phải đảm bảo có thể :

- Lên được các kích thước tổng quát của các bộ phận kết cấu mố và trụ cầu.Trường hợp không có hồ sơ kỹ thuật lưu trữ thì công tác này rất khó khăn phức tạp,

vì những bộ phận móng mố trụ nằm sâu trong đất hoặc ngập trong nước sâu sẽ khó

có thể đo đạc khảo sát Tuy nhiên khi rất cần thiết cũng phải đào bới, dùng thợ lặn

để có thể thu thập được những tài liệu cần cho việc đánh giá một cách chính xác vềcông trình Cũng có thể lựa chọn khảo sát điển hình để từ đó cho phép xét đoán ratoàn bộ

- Mô tả thực trạng của mố trụ như tình hình nứt nẻ, sứt vỡ,hiện tượng phonghóa và xâm thực bề mặt, sự xói lở chân bệ móng … Cầu ở vị trí sông gần các nhàmáy, khu công nghiệp thì nước sông thường chứa nước thải cho nên mố trụ cầucosthể bị xâm thực hóa mạnh

- Xác định cường độ vật liệu than mố trụ có thể tiến hành như đối với kết cấunhịp cầu bê tông cốt thép Dùng súng bắn bê tông là đơn giản hơn cả

Khi khảo sát mố trụ cầu cần phải chú ý xem xét mố trụ cầu có bị lún hoặcnghiêng lệch hay không Điều này có thể nhận biết bằng cách đối chiếu cao độ cácđiểm ở đỉnh hoặc bệ móng của mố trụ với những cột mố đã được thiết lập khi xâydựng cầu Quan sát kỹ càng vị trí tương đối giữa đầu kết cấu nhịpvà tường chắnđỉnh mố hoặc giữa các dầu hai kết cấu nhịp kề nhau, chỗ tiếp giáp giữa mố và nềnđất đường đầu cầu có thể phán đoán sự chuyển dịch của mố trụ

Trên cơ sở những kết quả thu được từ công tác khảo sát sẽ lập thành hồ sơ kỹthuật bổ sung vào tài liệu lưu trữ của công trình Hồ sơ này bao gồm các bản vẽ vềthực trạng hình học và cấu tạo của kết cấu, có kèm thteo sự mô tả chi tiết nhữngkhuyết tật của các bộ phận và phân tố và những nhận xét đánh giá Nên có nhữngđánh giá về mức độ hoặc định lượng của những hư hỏng và khuyết tật, giúp choviệc xác định khả năng chịu tải của các bộ phận hoặc phân tố nói riêng cũng nhưcủa tổng thể cả kết cấu nói chung Ví dụ như sự tiêu hao tiết diện các thanh do hiệntượng gỉ có thể lượng hóa ra số phần trăm của diện tích tiết diện Trong hồ sơ cũngxác định rõ các chỉ tiêu cơ lý và các chỉ tiêu khác nếu cần thiết của các mẫu thínghiệm vật liệu và kiến nghị về việc sử dụng các giá trị cho phép.

III XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CÔNG TRÌNH THEO

LÝ THUYẾT.

Xác định khả năng chịu tải của công trình phải dựa trên tình hình thực tế vềcác mặt hình học, cơ lý và trạng thái công trình qua thời gian khai thác Để làmđược điều này sẽ phải tính toán lại công trình, cụ thể là phải xác định nội lực lớnnhất cho phép đối với các phân tố riêng rẽ của kết cấu và so sánh với nội lực do tảitrọng thực tế gây ra Tải trọng thực tế này gồm có tĩnh tải thực tế và hoạt tải đangkhai thác hoặc dự kiến cho qua cầu

Khi tính toán lại công trình cầu phải căn cứ vào thực trạng của các bộ phận vàphân tố kết cấu, nghĩa là phải dùng sơ đồ và kích thước hình học thật, các đặc trưng

cơ lý của vật liệu có kể đến sự biến đổi qua thời gian khai thác, các hư hỏng vàkhuyết tật của kết cấu… Các hồ sơ và tư liệu thu thập được trong khâu khảo sát,kiểm tra tại thực địa sẽ cho phép xác định được chính xác khả năng chịu tải thực tếcủa công trình Trong một số trường hợp nếu tính toán lý thuyết không chắc chắnphản ánh đầy đủ các điều kiện làm việc của công trình thì cần có sự kết hợp với thửtải trọng để xác định khả năng chịu tải

Việc tính toán lại khả năng chịu tải của công trình có thể thực hiện theo haiphương pháp Theo phương pháp thứ nhất sẽ xác định các ứng suất trong kết cấu do

hoạt tải thực tế (hoặc hoạt tải tính toán) và so sánh chúng với ứng suất hoặc cường

độ cho phép của vật liệu, trên cơ sở đó kết luận về sự an toàn hay không khi hoạttải qua cầu Phương pháp này có đặc điểm là mỗi khi thay đổi hoạt tải qua cầu sẽphải tính toán lại một lần

Phương pháp thứ hai gọi tên là định cấp tải trọng, với nội dung là so sánh hoạttải thực tế (hoặc hoạt tải tính toán) với hoạt tải mà kết cầu nhịp có thể chịu được

Để thực hiện việc so sánh này người ta sử dụng đoàn hoạt tải tiêu chuẩn gọi tên làhoạt tải đơn vị ký hiệu H-1 Hoạt tải mà kết cấu nhịp có thể chịu được biểu thị bằng

số lần của hoạt tải đơn vị, gọi tên là cấp của kết cấu nhịp Hoạt tải thực tế (hoặchoạt tải tính toán) cũng được biểu thị ra bằng một số lần của hoạt tải đơn vị, gọi tên

là cấp của hoạt tải So sánh cấp của kết cấu nhịp và cấp của hoạt tải sẽ có thể kếtluận về khả năng chịu tải an toàn hay không

Tính toán lại khả năng chịu tải của công trình có thể tiến hành theo phươngpháp trạng thái giới hạn hoặc theo phương pháp ứng suất cho phép Ở một số quốcgia có tồn tại sự không nhất quán trong các quy phạm, cụ thể là quy phạm thiết kếthì dựa trên phương pháp trạng thái giới hạn còn quy phạm kiểm định lại dựa trênphương pháp ứng suất cho phép Sự không nhất quán này được giải thích bởi lý do

là các cầu cũ cần kiểm định được thiết kế và xây dựng theo quy phạm ứng suất chophép, vì thế kiểm định theo phương pháp ứng suất cho phép sẽ phù hợp hơn Tìnhhình này cũng là một điều thực tế ở nước ta

Việc tính toán lại khả năng chịu tải của công trình theo phương pháp thứ nhấtkhông có gì đặc biệt, hoàn toàn giống như khi tính duyệt của giai đoạn thiết kếcông trình Dưới đây sẽ chỉ giới thiệu cách tính toán lại khả năng chịu tải của côngtrình theo phương pháp thứ hai, tức là phương pháp định cấp tải trọng

Như ta đã biết, tải trọng tương đương của một dẫy các tải trọng tập trung(đoàn tàu hoặc đoàn xe ô tô) được xác định theo công thức

Trong đó:

K – tải trọng tương đương ;

Pi – trị số của các tải trọng tập trung ;

Yi – tung độ ngay dưới tải trọng tập trung Pi của đường ảnh hưởng nội lựctrong phân tố kết cấu

Ω – diện tích đường ảnh hưởng

Tải trọng tương đương này bao giờ cũng có thể tra tìm được trong cácbảng có sẵn và trên cơ sở đó có thể xác đinh được nội lực trong từng thanh hoặctừng phân tố kết cấu

Nếu theo phương pháp ứng suất cho phép thì nội lực trong thanh hoặc phân tốkết cấu do hoạt tải gây ra được tính như sau :

Còn nội lực do hoạt tải đơn vị H-1 sẽ là :

Trong đó :

K’, K’’ - các tải trọng tương đương của hoạt tải đồng thời có thể có trên cầu,

η', η'’ - các hệ số phân phối ngang của các hoạt tải,

(1+µ’), (1+µ’’) - các hệ số xung kích của các hoạt tải,

Ω’, Ω’’ - các diện tích đường ảnh hưởng nội lực So được chất các hoạt tải,

K1 - tải trọng tương đương của hoạt tải đơn vị H - 1,

(1+µ1) - hệ số xung kích của hoạt tải H - 1,

Ω1 - diện tích đường ảnh hưởng nội lực chất tải H - 1

Như vậy cấp của hoạt tải sẽ là :

Dưới đây là hai ví dụ để minh họa cho phương pháp định cấp tải trọngcho hoạt tải vừa giới thiệu.

Kết cấu nhịp dàn (hình 24a) dự kiến cho 3 làn xe ô tô và đoàn người đi

bộ trên lề bộ hành Khi đó cấp của tải trọng đối với thanh xiên m - n sẽ là :

Cấp của một thanh hay một phân tố kết cấu là tỷ số giữa hoạt tải lớn nhất màthanh hay phân tố đó có thể chịu được và hoạt tải đơn vị H-1 Nội lực lớn nhất màthanh hay phân tố có thể xác định đựoc như sau:

Từ đó sẽ có hoạt tải lớn nhất cần tìm:

và cấp tải trọng của thanh hay phân tố kết cấu:

Trong đó:

ωtt - đặc trưng hình học tính toán của tiết diện thanh hay phân tố,

[σ] - ứng suất cho phép,

q – tĩng tải

Ωq – tổng diện tích đường ảnh hưởng chất tĩnh tải

Những ký hiệu khác vẫn như đã sử dụng ở trên

So sánh cấp của hoạt tải Ko và cấp tải trọng Kk mà thanh hay phân tố kết cấu

có thể chịu được, cho phép kết luận về sự an toàn của công trình khi cho hoạt tải đóqua cầu Đối với một công trình thì mỗi bộ phận công trình, một phân tố kết cấu sẽ

có một cấp tải trọng riêng Vì vậy cấp tải trọng của công trình sẽ là cấp tải trọngnhỏ nhất Kk1 min trong số đó

Ở trên, đặc trưng hình học tính toán ωtt của tiết diện thanh hay phân tốkết cấu nói lên khả năng về sức chịu tải Khi xem xét tác dụng của nội lực dọc thìcấp của thanh hay phân tố sẽ xác định theo điều kiện về cường độ, về ổn định và về

độ bền của mối liên kết

Nếu tính toán vầ cường độ thì ωtt lấy đặc trưng hình học của tiết diện giảmyếu ωgi , còn khi xét về ổn định (khi chịu lực nén) thì lấy đặc trưng hình học của tiếtdiện nguyên nhân với hệ số uốn dọc φωng Đặc trưng hình học trong trường hợp xétvới mối liên kết được xác định trên cơ sở phân tích những phá hoại có thể xảy racủa thanh hay phân tố Ví dụ như có mối liên kết thanh xiên vào bản nút như ở hình

25, và khả năng bị phá hoại theo mặt 1-1 Khi đó nội lực cho phép sẽ bằng:

Trong đó:

ωgi- diện tích tính toán của bản nối

n - số đinh liên kết thép [,

d – đường kính đinh,