Bài giảng kiểm định cầu 2 2011

Khảo sát hiện trạng công trình Khảo sát tình trạng vật liệu của kết cấu Đo đạc, xác định các thông số chịu lực của kết cấu Phân tích, đánh giá khả năng làm việc của kết... Khảo sát tổn

KIEÅM ÑÒNH CAÀU

TS NGUYEÃN QUOÁC HUØNG

CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM

Kiểm tra hiện trạng công trình

Phát hiện và đánh giá mức độ các hư hỏng, khuyết

tật của công trình

Xác định khả năng chịu tải ( làm việc ) của công

trình

KIỂM ĐỊNH CÔNG TRÌNH

TẠI SAO ?

PHẢI KIỂM ĐỊNH

CÔNG TRÌNH

 Đảm bảo khai thác công trình hợp lý và an toàn

 Có biện pháp sửa chữa, tăng cường kịp thời

 Tránh các thảm hoạ đáng tiếc xảy ra

 Công trình mới xây dựng : có đáp ứng được các yêu cầu của thiết kế không ?

 Công trình đã qua sử dụng: các khuyết tật, hư

hỏng làm cho công trình xuống cấp, công trình còn đáp ứng được yêu cầu sử dụng hiện thời không ?

 Công trình gặp sự cố : còn đủ khả năng khai thác theo tiêu chuẩn sử dụng không ?

KIỂM ĐỊNH

NHỮNG CÔNG TRÌNH

NÀO ?

 Khảo sát hiện trạng công trình

 Khảo sát tình trạng vật liệu của kết cấu

 Đo đạc, xác định các thông số chịu lực của kết cấu

 Phân tích, đánh giá khả năng làm việc của kết

QUẢN LÝ KHAI THÁC CẦU ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM

CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ

KHU QUẢN LÝ

ĐƯỜNG BỘ 2 KHU QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ 4 KHU QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ 5 KHU QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ 7

CTY

QLSC

ĐB

CTY QLSC ĐB

CTY QLSC ĐB

CTY QLSC ĐB

CTY QLSC ĐB

CTY QLSC ĐB

CTY QLSC ĐB

CÁC

HẠT CÁC HẠT CÁC HẠT HAT CÁC CÁC HẠT CÁC HẠT CÁC HẠT

AI ?

QUẢN LÝ KHAI THÁC ĐƯỜNG SẮT Ở VIỆT NAM

CÁC LIÊN HIỆP

ĐƯỜNG SẮT KHU VỰC

QUẢN LÝ KHAI THÁC CẦU ĐƯỜNG ĐỊA PHƯƠNG

THỜI KỲ 1925-1945

 Tải trọng nhỏ, khổ hẹp

 Chiều dài nhịp ngắn, kết cấu giản đơn

 Vật liệu cấp thấp, kỹ thuật thô sơ Cầu Long Biên (Hà Nội) 1925

Cầu Sông Pha (Phan Rang) 1925

THỜI KỲ 1954 - 1964

MIỀN BẮC:

 Khôi phục kinh tế, xây dựng nhiều cầu lớn: Hàm Rồng, Phú Lương, Bắc Giang, Việt trì, Làng Giàng(Lào cai)

 Chủ yếu phục vụ đường sắt

Cầu Hàm Rồng (Thanh Hoá) 1964 Cầu Biên Hoà (Biên Hoà) 1962

MIỀN NAM:

 Xây dựng nhiều cầu phục vụ chiến

tranh : tải trọng không lớn, nhịp ngắn,

lắp ráp nhanh

 Một số cầu lớn quanh đô thành Sài

gòn: Biên Hoà, cầu Sài gòn, Hoá An,

Bến Lức, Tân an

THỜI KỲ 1964 -1975

MIỀN BẮC:

 Các công trình cầu lớn bị đánh phá

 Chủ yếu xây dựng cầu tạm phục vụ đảm bảo giao thông

Cầu Hàm Rồng (Thanh Hoá) 1967

Cầu Long Biên (Hà Nội) 1968

THỜI KỲ 1964 -1975

MIỀN NAM:

 Một số công trình cầu lớn quanh Sài gòn

 Kết cấu tĩnh định (giản đơn, mút thừa) Cầu Sài Gòn

Cầu Tân An (Long An) Cầu Hoá An (Biên Hoà)

THỜI KỲ SAU 1975

MIỀN BẮC:

 Nhiều cầu lớn, kết cấu hiện đại Cầu Thăng Long 1984

Cầu Chương Dương 1986

Cầu Bãi Cháy 2006

Cầu Thuận Phước 2009

THỜI KỲ SAU 1975

MIỀN NAM:

 Nhiều công trình cầu lớn và hiện đại

Cầu Cần Thơ

Cầu Rạch Miễu (Bến Tre) Cầu Mỹ Thuận

 Khảo sát tổng quát

 Khảo sát tình trạng hư hỏng, khuyết tật của kết cấu

 Khảo sát tình trạng vật liệu của kết cấu

CHƯƠNG II

KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH

 Đo đạc vị trí, kích thước chung

 Đo đạc kích thước, vị trí các bộ phận kết cấu

 Khảo sát tình trạng môi trường xung quanh công trình

KHẢO SÁT TỔNG QUÁT CÔNG TRÌNH

 Máy đo đạc (kinh vĩ điện tử, mia gương)

 Thước thép , thước kẹp

THIẾT BỊ

KHẢO SÁT

CÔNG TRÌNH

KHẢO SÁT CHI TIẾT KẾT CẤU

 Đo độ võng tĩnh của kết cấu

 Kích thước chi tiết các bộ phận kết cấu

 Hư hỏng của các bộ phận kết cấu

KHẢO SÁT CHI TIẾT KẾT CẤU THÉP

 Xác định mức độ gỉ của kết cấu thép

 Xác định vị trí, chiều dài của các vết

nứt do mỏi

 Lỏng mối liên kết

 Xác định mức độ cong vênh, móp

méo của các chi tiết kết cấu

 Xác định vị trí, bề rộng, chiều dài

và hướng nghiêng của các vết nứt

 Xác định vị trí, bề rộng, bề sâu

của các vết bong, vỡ bê tông

KHẢO SÁT CHI TIẾT KẾT CẤU BTCT

 Xác định vị trí, bề rộng, chiều dài và hướng nghiêng của các vết nứt

 Xác định vị trí, bề rộng, bề sâu của các vết bong, vỡ bê tông

 Xác định độ nghiêng lệch của kết cấu

KHẢO SÁT CHI TIẾT KẾT CẤU MÓNG

 Hư hỏng ít nguy hiểm: ảnh hưởng xấu tới khai thác bình thường của công trình

 Hư hỏng cơ bản: có thể đột ngột thay đổi tìnhn trạng khai thác của công trình

 Hư hỏng rất nguy hiểm: có thể gây ra ngừng khai thác công trình hoặc công trình bị phá hoại

ĐÁNH GIÁ M Ứ C Đ Ộ H Ư

H Ỏ NG C Ủ A K Ế T C Ấ U

CHƯƠNG III

KHẢO SÁT

VẬT LIỆU CỦA KẾT CẤU

 Phương pháp phá huỷ mẫu

 Phương pháp không phá huỷ mẫu

KHẢO SÁT VẬT LIỆU CỦA KẾT CẤU

Phương pháp phá huỷ mẫu

 Chế tạo mẫu: đúc mẫu, khoan cắt lấy mẫu từ kết cấu

 Mẫu tiêu chuẩn:

 TCVN 3105-1993 : mẫu lập phương 150 x 150 x150 mm

 AASHTO : mẫu hình trụ D=150mm, H=300mm (H/D = 2)

 Mẫu phi chuẩn:

Hệ số Mẫu lập phương

0,89 0,9

0,91 0,92

0,93 0,94

0,95 0,97

0,98 0,99

K

1,0 1,1

1,2 1,3

1,4 1,5

1,6 1,7

1,8 1,9

H/D

KHẢO SÁT VẬT LIỆU CỦA KẾT CẤU

Phương pháp phá huỷ mẫu

 Cường độ giới hạn của bê tông

 Modun đàn hồi biến dạng tức thời

Trong đó: i = 0,1,…n – số cấp tải thí nghiệm

P ph – Tải trọng phá hoại mẫu

F – diện tích chịu ép của mẫu

) /

( kg cm2F

P

Rb = ph

) /

i i

b

ε ε

KHẢO SÁT VẬT LIỆU CỦA KẾT CẤU

Phương pháp không phá huỷ mẫu

Súng bật nẩy kiểu Schmidt

KHẢO SÁT VẬT LIỆU CỦA KẾT CẤU

Phương pháp không phá huỷ mẫu Súng bật nẩy kiểu Schmidt(concrete test hammer)

KHẢO SÁT VẬT LIỆU CỦA KẾT CẤU

Phương pháp không phá huỷ mẫu

) / ( 10

. 6 m s t

Tốc độ truyền siêu âm qua vật liệu

Xây dựng mối quan hệ giữa

cường độ bê tông với tốc độ

truyền siêu âm bằng phương

pháp mẫu thử

Máy dò siêu âm- TCXD 225:1998 (concrete test ultrasonic)

PHƯƠNG PHÁP DÒ SIÊU ÂM

Dò khuyết tật trong bê tông – Dò cốt thép trong bê tông

Kích thước ngang tối thiểu của khuyết tật theo hướng vuông góc với phương truyền sóng:

Thực hiện hai phép đo thời gian truyền siêu âm

qua vùng không có nứt và vùng có nứt

Xác định chiều sâu của vết nứt

1 2

t

t L

h

Trong đó:

D- đường kính đầu dò

L- chiều dài chuẩn đo

td – Thời gian truyền qua khuyết tật

tf – Thời gian truyền qua vết nứt

tm – Thời gian truyền qua vùng không khuyết tật

CHƯƠNG IV

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ỨNG SUẤT

Các phương pháp đo ứng suất

 Đo ứng suất bằng tenzomet cơ

 Đo ứng suất bằng tenzomet điện trở

 Đo bằng thiên phân kế

Các phương pháp đo biến dạng

 Đo bằng chuyển vị kế

 Phân tích biến dạng bằng vân Moire

Các phương pháp đo dao động

 Đo bằng máy dao động ký

NGUYÊN LÝ ĐO ỨNG SUẤT BẰNG TENZOMET CƠ

 Dựa vào định luật Hooke

 Cần phải đo ∆L

Đo bằng Tenzometer cơ học

∆

=

∆

r m

s n L r

s N

s

n K

NGUYÊN LÝ ĐO ỨNG SUẤT BẰNG TENZOMET ĐIỆN TRỞ

Tấm điện trở là đoạn dây điện trở rất mảnh kẹp giữa 2 lớp giấy không thấm nước dài 50-:-100mm

 Theo định luật Oâm :

 Khi kết cấu biến dạng, đoạn dây điện trở biến đổi chiều dài dl/l, diện tích tiết

diện thay đổi ds/s với :

 Giữa tiết diện và chiều dài biến đổi theo hệ số Poisson µ

 Qua biến đổi ta có :

Nếu ta biết ηđ ; R của tấm điện trở và đo được ∆R thì xác định được ε

s

l

R = ρ

rdr ds

r

s = π 2 => = 2 π

r

dr r

rdr s

d l

dl R

dR l

dl r

dr s

ds

/

2 1 2

2

ρ

ρ µ

µ

R

R R

[

l dl

d

ρ µ

NGUYÊN LÝ ĐO CHUYỂN VỊ BẰNG CHUYỂN VỊ KẾ

Cấu tạo của chuyển vị kế

NGUYÊN LÝ ĐO CHUYỂN VỊ BẰNG CHUYỂN VỊ KẾ

Cách gắn chuyển vị kế đo

biến dạng

 Đo trực tiếp: chuyển vị nhỏ

 Đo gián tiếp: chuyển vị lớn

NGUYÊN LÝ ĐO CHUYỂN VỊ BẰNG CHUYỂN VỊ KẾ

Cách gắn chuyển vị kế đo

.

b k f

k N

a

b f

a b f

ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU QUA SỐ LIỆU ĐO CHUYỂN VỊ



 Nếu chuyển vị kế có độ chia là 0,01mm và chênh lệch số đọc khi có tải

 Hệ số phân bố tải trọng cho các dầm theo ngang cầu là :

 Hệ số xung kích của tải trọng là :

Trong đó :

∑

=

i

i i

n

y

y k

KHẢO SÁT BIẾN DẠNG BẰNG VÂN MOIRE

Khoảng cách tim của 2 vạch liền lề gọi là bước lưới p,

số lượng đường chỉ lưới trong 1 đơn vị chiều dài L gọi là tần

số lưới, ký hiệu là d=L/p

Khi kết cấu biến dạng bước lưới thay đổi đến giá trị p1

và có tần số lưới tương ứng là d1=L/p1

Đặt chồng lưới chuẩn lên sẽ thấy những khoảng các bước

vân lớn hơn bước lưới

Nếu ký hiệu khoảng cách giữa 2 vân cùng màu là δ và

trong đó có m đường lưới thì δ = mp = (m+1)p1

Tỷ số (p1-p)/p1 biểu thị biến dạng của lưới có bước p1

Biến dạng tương đối ε = + p/δ = + ∆L/L

ĐO DAO ĐỘNG CỦA KẾT CẤU

không theo quy luật.

và suy giảm dần( tắt dần) Nếu có tác động liên tục thì kết cấu có thể có dao động theo chu kỳ ( điều hoà) hoặc có biên độ tăng dần (cưỡng bức)

kết cấu

Dynamics Experiments

S Ự LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU DƯỚI TÁC DỤNG ðỘNG

Nếu hệ số tắt dao động lớn thì dao

động bản thân của công trình tắt nhanh,

chứng tỏ độ cứng kết cấu lớn

dao động bản thân thì biên độ dao động cưỡng bức phát triển dần và sẽ xuất hiện hiện tượng cộng hưởng khi hai tần số đó bằng nhau.

) ln

(ln

1

m n n

CHƯƠNG V

 Xác định các thông số chịu lực thực tế của cầu

 Cho tải trọng tác dụng tĩnh trên cầu để

đo các thông số ứng suất, chuyển vị với tổ hợp tải trọng bất lợi nhất

 Cho tải trọng tác dụng động trên cầu để xác định các thông số ứng suất, độ võng và dao động của kết cấu theo tình trạng làm việc thực tế bất lợi nhất

TẢI TRỌNG THỬ CẦU

 Có trọng tải tối thiểu đạt 80% tải trọng khai thác yêu cầu

 Dùng đoàn xe ô tô, trường hợp khó khăn có thể chất tải

 Đặt tải tĩnh trên cầu theo những tổ hợp bất lợi nhất theo phương dọc cầu và ngang cầu cho mặt cắt nguy hiểm nhất

 Căn cứ vào đường ảnh hưởng nội lực của mặt cắt cần đo để bố trí xếp tải

XẾP TẢI THỬ CẦU

BOÁ TRÍ THIEÁT BÒ ÑO

XẾP TẢI THỬ CẦU

XẾP XE ĐO LÚN TRỤ

XẾP XE THEO NGANG CẦU

TỔ CHỨC THỬ TẢI CẦU

 Công tác chuẩn bị

 Lắp đặt thiết bị

 Bố trí, xếp đặt tải trọng tại các vị trí theo tổ hợp cần đo

 Điều động tải trọng vào, ra

 Đọc và ghi số liệu đo

 Đảm bảo giao thông và an toàn khi đo

XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO ĐỘ VÕNG

4,57

Cộng : Tính độ võng và hệ số PBN

0,1918 0,88

87,7 88

414 326

84

412 328

91

416 325

6

0,1437 0,66

65,7 64

310 246

66

312 246

67

311 244

5

0,0635 0,29

29,0 27

212 185

30

216 186

30

214 184

4

0,1583 0,72

72,3 72

312 240

76

314 238

69

312 243

3

0,2057 0,94

94,0 82

405 323

102

422 320

98

420 322

2

0,2371 1,08

108,3 110

318 208

110

324 214

105

320 215

1

PBN (mm)

trung bình

Chênh 3

Có tải

Không tải

Chênh 2

Có tải

Không tải

Chênh 1

Có tải

Không

tải

Hệ số

Độ võng

n

y

y k

K=0,01 mm

XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO ỨNG SUẤT

1516,7

8,7 10

1228 1218

8

1226 1218

8

1224 1216

6

1633,3

9,3 9

1522 1513

9

1520 1511

10

1521 1511

5

1808,3

10,3 10

1552 1542

10

1553 1543

11

1553 1542

4

1283,3

7,3 8

1634 1626

7

1634 1627

7

1632 1625

3

1866,7

10,7 8

1493 1485

11

1498 1487

13

1498 1485

2

1575,0

9,0 9

2135 2126

11

2138 2127

7

2132 2125

1

kg/cm2

trung bình

Chênh 3

Có tải

Không tải

Chênh 2

Có tải

Không tải

Chênh 1

Có tải

Không

tải

Ưùng suất

N E

i tb i

CHƯƠNG VI

ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU

1- Tính toán lại kết cấu theo tải trọng yêu cầu và kết cấu thực tế

 Thiết kế: Tải trọng -> Nội lực -> Bố trí vật liệu -> Tính duyệt

 Kiểm định : Vật liệu hiện có -> Khả năng nội lực -> Tải trọng cho phép

2- Phân cấp các bộ phận kết cấu => phân cấp công trình và so sánh với cấp của tải trọng yêu cầu

 Xác định nội lực các cấu kiện theo tải trọng đơn vị S1= (1+ µ).q1.ω

 Xác định nội lực lớn nhất cho phép của cấu kiện căn cứ trên đặc trưng hình học của tiết diện và cường độ cho phép của vật liệu Sc = Wc Rc

 Cấp của cấu kiện là tỷ số kc = Sc / S1

 Cấp của tải trọng yêu cầu là tỷ số kq = qo / q1

 So sánh cấp của kết cấu với cấp của tải trọng: kc > kq => cho phép thông qua

1- Tính toán lại kết cấu theo tải trọng yêu cầu và kết cấu thực tế

Vật liệu hiện có -> Khả năng nội lực -> Tải trọng cho phép

y

I M

y I M

.

.

σ σ

Tính ra tải trọng cho phép

2- Phân cấp các bộ phận kết cấu

CHƯƠNG V

SỬA CHỮA VÀ

TĂNG CƯỜNG CẦU

 Các hư hỏng của công trình cầu

 Bảo quản và sửa chữa cầu

 Tăng cường năng lực chịu tải của cầu

CÁC HƯ HỎNG CỦA CẦU THÉP 1- Gỉ thép

 Mức ñộ gỉ

 Gỉ vàng : nhẹ, chưa giảm yếu tiết diện

 Gỉ vảy ốc : tương ñối nặng, tiết diện suy giảm

 Gỉ mảng : chi tiết mất tiết diện chịu lực

 Nguyên nhân gỉ

 Ăn mòn ñiện hoá => hơi nước + Cacbonic = axit cacbonic

=> hơi nước + oxyt Nitơ = H 2 NO 3 (axit)

 Tác hại của gỉ

 Sắt => oxyt sắt : dạng bột rời, không có khả năng chịu lực

 Mất tiết diện chịu lực

 Oxyt sắt tăng thể tích (nở) làm hỏng kết cấu

 Oxyt sắt hút và giữ ẩm, làm mức ñộ gỉ thêm nghiêm trọng

CÁC HƯ HỎNG CỦA CẦU THÉP 1- Gỉ thép

Biện pháp phòng ngừa gỉ

 Sơn bảo vệ : Không bền, tiến hành theo ñịnh kỳ => tốn tiền

 Mạ kẽm : bền nhưng khi hàn, ñệp bị hư lớp mạ kẽm

 Gắn ñiện cực (projector) : phức tạp, khó bảo quản

 Biện pháp sửa chữa khi gỉ nặng

 Thay thế chi tiết

 Hàn vá (táp)