Các dầm cầu BTCT và BTCT DƯL chiếm một tỷ lệ khá lớn và có xu hướng ngày càng tăng trong xây dựng các công trình ở nước ta. Sau một thời gian khai thác do nhiều nguyên nhân, các dầm bị hư hỏng, chất lượng công trình cầu bị xuống cấp cần thiết phải sửa chữa, nâng cấp công trình cầu. Công nghệ sửa chữa, tăng cường kết cấu bằng dự ứng lực ngoài được sử dụng khá phổ biến trên thế giới từ khá lâu cho cả kết cấu cầu mới và đặc biệt trong sửa chữa cầu cũ; công nghệ dán tấm composite cốt sợi (FRP) mới được áp dụng gần đây cũng có những ưu điểm như dễ thi công, không làm tăng tĩnh tải. Bài báo phân tích 2 giải pháp chủ yếu hiện nay trong sửa chữa, tăng cường cầu BTCT đang được áp dung phổ biến là công nghệ sửa chữa tăng cường cầu bằng DƯLN và công nghệ sửa chữa tăng cường cầu bằng chất dẻo có cốt sợi.
Trang 1MỘT SỐ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ SỬA CHỮA, NÂNG CẤP KẾT CẤU NHỊP CẦU
BTCT Ở VIỆT NAM
Nguyễn Việt Khoa1, Nguyễn Trung Hà2, Lê Văn Hùng3, Nguyễn Quang Huy4
TÓM TẮT: Các dầm cầu BTCT và BTCT DƯL chiếm một tỷ lệ khá lớn và có xu hướng ngày càng
tăng trong xây dựng các công trình ở nước ta Sau một thời gian khai thác do nhiều nguyên nhân, các dầm bị hư hỏng, chất lượng công trình cầu bị xuống cấp cần thiết phải sửa chữa, nâng cấp công trình cầu Công nghệ sửa chữa, tăng cường kết cấu bằng dự ứng lực ngoài được sử dụng khá phổ biến trên thế giới từ khá lâu cho cả kết cấu cầu mới và đặc biệt trong sửa chữa cầu cũ; công nghệ dán tấm composite cốt sợi (FRP) mới được áp dụng gần đây cũng có những ưu điểm như dễ thi công, không làm tăng tĩnh tải Bài báo phân tích 2 giải pháp chủ yếu hiện nay trong sửa chữa, tăng cường cầu BTCT đang được áp dung phổ biến là công nghệ sửa chữa tăng cường cầu bằng DƯL-N và công nghệ sửa chữa tăng cường cầu bằng chất dẻo có cốt sợi
TỪ KHÓA: giải pháp thiết kế, DƯL-N, FRP, đánh giá khả năng chịu lực, cầu bê tông cốt thép
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Sau một thời gian khai thác, dưới tác dụng của các loại tải trọng, ảnh hưởng của môi trường, dẫn đến sự hư hỏng của các bộ phận kết cấu công trình cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực, tuổi thọ và khả năng khai thác công trình cầu Số lượng các cầu yếu trên toàn quốc cần sửa chữa, tăng cường hiện nay rất lớn Tuy nhiên, điều kiện ngân sách còn hạn hẹp nên việc lựa chọn công nghệ, giải pháp sửa chữa phù hợp, đảm bảo tuổi thọ lâu dài, vật liệu và công nghệ sửa chữa phải có tính bền vững trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam là rất quan trọng Theo thống kê sơ bộ của Tổng cục ĐBVN, hiện có khoảng 1.672 cây cầu có tải trọng thấp, khổ cầu hẹp, bị ngập, không đủ khẩu độ thoát nước hoặc hư hỏng xuống cấp nặng cần thiết phải nâng cấp, cải tạo hoặc xây dựng mới Trong đó có 566 cầu được đánh giá là "yếu" cần được đầu tư, gồm148 cầu yếu đã và đang được đầu tư xây dựng mới bằng vốn JICA - dự án Tín dụng ngành GTVT để cải tạo mạng lưới đường quốc gia; 111 cầu thuộc diện rất yếu cần đầu tư thay thế ngay; 307 cầu cần đầu tư sửa chữa, nâng cấp
Do đặc điểm lịch sử của Việt Nam, hệ thống tiêu chuẩn thiết kế, kiểm định cầu không đồng bộ, khác nhau theo các thời kỳ với nhiều chủng loại, tải trọng xe thiết kế khác nhau Trước năm
1945, thiết kế cầu theo quy trình của Pháp, giai đoạn 1945 – 1975 theo các quy trình của Trung Quốc, Liên Xô cũ với miền Bắc, và theo quy trình của Mỹ, Pháp ở miền Nam Từ sau 1975, sử dụng quy trình 22TCN 18-79 của Liên Xô cũ và hiện nay theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD của
Mỹ
Công nghệ tăng cường bằng cáp dự ứng lực ngoài, công nghệ gia cường bằng chất dẻo cốt sợi, phương pháp bổ sung thêm dầm, giải pháp tăng thêm bản liên hợp, … là các phương pháp, công
1 TS Viện chuyên ngành Cầu Hầm, ITST
2 ThS Viện chuyên ngành Cầu Hầm, ITST
3 ThS Viện chuyên ngành Cầu Hầm, ITST
4 TS Viện chuyên ngành Cầu Hầm, ITST
Trang 2nghệ sửa chữa, tăng cường dầm cầu thông thường ở nước ta Mỗi giải pháp, công nghệ sửa chữa
có ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng khác nhau Hai giải pháp sửa chữa, tăng cường cầu BTCT chủ yếu hiện nay đang được áp dung phổ biến là công nghệ sửa chữa tăng cường dầm cầu BTCT bằng DƯL-N và công nghệ sửa chữa tăng cường bằng chất dẻo có cốt sợi Công nghệ dán tấm FRP đã được áp dụng nhiều trên thế giới do có ưu điểm như nhẹ, cường độ cao,
dễ thi công, đáp ứng yêu cầu đảm bảo giao thông Tuy nhiên, các tiêu chuẩn Quốc gia về thiết
kế, thi công và nghiệm thu phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện đang trong quá trình biên soạn Công nghệ sử dụng cáp dự ứng lực ngoài (DƯL-N) cải thiện đáng kể chất lượng Trong trường hợp cáp DƯL-N được nối liên tục các dầm giản đơn là giải pháp hiệu quả nhất để tăng khả năng chịu lực của kết cấu cầu
2 CÔNG NGHỆ TĂNG CƯỜNG DẦM CẦU BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI
2.1 GIỚI THIỆU
Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã bắt đầu nghiên cứu, ứng dụng công nghệ DƯL-N từ những năm 1980 Trong dự án sửa chữa cầu Sài Gòn do Fressynet thực hiện, Viện đã phối hợp
để tiếp nhận và tổng kết công nghệ Sau đó Viện đảm trách nhiệm vụ TVGS trong dự án sửa chữa cầu An Dương, cầu Niệm (Hải Phòng) cũng do Fressynet thực hiện Từ đó Viện đã ứng dụng phát triển ở sửa chữa nâng cấp cầu Đa Phúc, QL3, Thái Nguyên (Viện đảm nhiệm thi công thí điểm, hoàn thành 2002, kinh phí tiết kiệm khoảng 50% so với xây dựng mới, đến nay công trình vẫn khai thác tốt, áp dụng giải pháp DƯL-N với việc liên tục hóa các nhịp giản đơn thành liên tục) Sau đó giải pháp này tiếp tục được Viện ứng dụng ở cầu Trầm (QL37-Tuyên Quang), cầu Đoan Hùng (QL2, Phú Thọ), cầu Trà Nóc (QL91), cầu Vĩnh Điện, cầu Suối Cát, cầu An Hữu (QL1A),…
H1 Sửa chữa, tăng cường cầu Đa Phúc H2 Sửa chữa, tăng cường cầu Trà Nóc
2.2 NGUYÊN TẮC CHUNG
Để có thể sử dụng các dầm cầu cũ bằng BTCT và BTCT DƯL, cần phải sửa chữa nâng cấp một cách phù hợp và một trong những giải pháp có thể đáp ứng được yêu cầu đó là giải pháp
DƯL-N
H3 Nguyên tắc cấu tạo DƯL-N đối với dầm BTCT giản đơn
ô chuyÓn h-íng
Lùc c¨ng
DÇm cÇu BTCT ô neo
ô
Trang 3Kết cấu DƯL-N là một trong những giải pháp kỹ thuật được các nước trên thế giới áp dụng để sửa chữa, nâng cấp cầu yếu nói chung và cầu BTCT nói riêng Nguyên lý làm việc của kết cấu
là bố trí cấu tạo các bộ phận kết cấu nằm ngoài tiết diện như ụ neo, ụ chuyển hướng bó cáp, bó cáp DƯL-N và truyền lực căng từ bó cáp vào dầm để nâng cao khả năng chịu tải trọng của dầm cầu cũ
H4 Nguyên lý cấu tạo DƯL-N đối với dầm BTCT liên tục Phạm vi áp dụng của kết cấu DƯL-N bao gồm trong thiết kế cầu mới và thiết kế sửa chữa cầu
cũ Đối với sửa chữa nâng cấp cầu cũ, việc liên tục hóa các nhịp cầu giản đơn thành từng liên làm việc theo sơ đồ dầm liên tục có khả năng lớn nhất trong các giải pháp sửa chữa, tăng cường cầu để nâng tải trọng khai thác
Việc tính toán kết cấu DƯL-N dựa trên cơ sở nguyên lý sau: Tính toán lực căng thanh bar truyền lên ụ neo để tạo được lực ma sát giữa hai mặt tiếp xúc giữa ụ neo và thân dầm khi chịu tác động của lực căng bó cáp DƯL Lượng DƯL truyền vào dầm không gây mất ổn định chịu nén và độ vồng ngược của dầm
H5 Bố trí cấu tạo ụ neo, ụ chuyển hướng và bó cáp DƯL-N
Tác dụng cơ bản của hệ thống DƯL-N tăng cường là cung cấp thêm cho kết cấu nhịp dầm lực nén và mô men uốn có lợi cho dầm Tuy nhiên, đối với kết cấu nhịp cần được tăng cường là dạng nhịp dầm BTCT DUL, bản thân dầm bê tông cũng đã có sẵn lượng ứng suất trước nhất định; do vậy lực căng kéo thêm và đường đi của bó cáp DƯL-N cần được xem xét và phân tích chi tiết
Công tác căng kéo được tiến hành theo nguyên tắc:
Căng từng cặp dầm tương ứng theo nguyên tăc đối xứng qua tim cầu Nếu đủ thiết bị căng
và nhân lực có thể căng cùng một lúc cho toàn bộ dầm
Lực căng được thiết kế theo từng cấp lực đối xứng nhằm đảm bảo tạo DƯL cho hệ dầm đồng đều, không có sự chênh lệch quá lớn giữa các dầm gây cưỡng bức dẫn đến nứt dầm
Các bó cáp ngoài thường được cấu tạo bằng các tao sợi cáp Trước khi căng cần bơm vữa giữ ổn định vị trí các tao ở trạng thái đặt song song Khi căng sử dụng thiết bị kích đơn căng từng tao theo nguyên tắc căng đối xứng qua tim dầm
3 CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA, TĂNG CƯỜNG DẦM CẦU BẰNG FRP
3.1 GIỚI THIỆU
Công nghệ dán tấm composite cốt sợi (FRP) đang được áp dụng nhiều trên thế giới do có ưu điểm là vật liệu nhẹ, không tăng tĩnh tải, cường độ cao, dễ thi công, khả năng chống ăn mòn tốt,
Trang 4đáp ứng yêu cầu đảm bảo giao thông, không phức tạp và giá thành tương đối hợp lý Gần đây vật liệu FRP đã được sử dụng để tăng cường cho kết cấu dầm BTCT và BTCT DƯL Ngoài ra, vật liệu FRP có độ bền cao, thích hợp để sử dụng cho tăng cường kết cấu mặt cầu
H6 Sửa chữa, tăng cường bản mặt cầu Cầu Đồng Nai
Năm 2008, Viện KH&CN GTVT đã ứng dụng CFRP (của hãng Fisher, Đức) để sửa chữa bản mặt cầu Đồng Nai cũ (thí điểm ở 2 khoang bị nứt vỡ nghiêm trọng có nguy cơ sập) Năm 2010, Viện đã ứng dụng CFRP (của hãng SIKA) để sửa chữa tăng cường khả năng chống uốn và cắt cho dầm cầu Trà Nóc (QL91, Cần Thơ) Năm 2011, Viện đã thực hiện công tác thẩm tra và Tư vấn giám sát thi công bằng công nghệ CFRP (của hãng Fyfe) dầm 33 m cho cầu Gián Khẩu - Ninh Bình, cầu Sặt - QL38 Hải Dương (của hãng Fyfe) Năm 2012, Viện đã thực hiện Tư vấn giám sát tại cầu Lán Tháp - TP Uông Bí - Quảng Ninh (CFRP của hãng Quakewrap),
Ở thời điểm hiện tại nhiều công trình cầu cũ đã triển khai ứng dụng vật liệu FRP (vật liệu và công nghệ của hãng Fyfe, Singapore, …) Tuy nhiên, các tiêu chuẩn kỹ thuật của Việt Nam về thiết kế, thi công và nghiệm thu chưa được ban hành Như vậy để tiếp tục sử dụng vật liệu FRP trong sửa chữa, tăng cường các cầu cũ, cần có sự đánh giá hiệu quả, độ bền lâu, sự phù hợp của vật liệu và công nghệ trong điều kiện Việt Nam, và hoàn thiện hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật
có liên quan
3.2 ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU FRP VÀ TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG
FRP là một loại vật liệu composite - kết hợp hai hoặc nhiều hơn hai loại vật liệu thành phần để tạo nên một vật liệu mới và có các đặc trưng nổi bật hơn so với từng vật liệu riêng lẻ
Bảng 1 Đặc tính của các loại sợi (bảng A1.1 tiêu chuẩn ACI 440-2R-08)
Loa ̣i sơ ̣i Mô đun đàn hồi Cường đô ̣ cực ha ̣n Đô ̣ biến
da ̣ng nhỏ nhất (%)
Sơ ̣i cacbon
Loa ̣i thường dùng 32 đến 34 220 đến 240 300 đến 550 2050 đến 3790 1.2 Cường đô ̣ cao 32 đến 34 220 đến 240 550 đến 700 3790 đến 4820 1.4 Cường đô ̣ siêu cao 32 đến 34 220 đến 240 700 đến 900 4820 đến 6200 1.5
Mô đun cao 50 đến 75 340 đến 520 250 đến 450 1720 đến 3100 0.5
Mô đun siêu cao 75 đến 100 520 đến 690 200 đến 350 1380 đến 2400 0.2
Sơ ̣i thủy tinh
Loa ̣i E 10 đến 10.5 69 đến 72 270 đến 390 1860 đến 2680 4.5 Loa ̣i S 12.5 đến 13 86 đến 90 500 đến 700 3440 đến 4140 5.4
Sơ ̣i aramid
Loa ̣i thường 10 đến 12 69 đến 83 500 đến 600 3440 đến 4140 2.5
Trang 5Loại tính năng cao 16 đến 18 110 đến 124 500 đến 600 3440 đến 4140 1.6
Trong thời gian qua, việc thiết kế gia cường cầu bằng FRP ở Việt Nam được thực hiện theo hướng dẫn của ACI 440.2R-02/08 (Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures), BD 85/08 (Strengthening Highway Structures using Externally Bonded FRP), NCHRP Report 655 (Recommended Guide Specification for the Design of Externally Bonded FRP Systems for Repair and Strengthening of Concrete Bridge Elements); kết hợp một số tiêu chuẩn của Việt Nam như 22TCN 272-05 - Tiêu chuẩn thiết kế cầu, 22TCN 243-98 - Quy trình kiểm định cầu trên đường
ô tô
H7 Tăng cường khả năng chịu uốn cho dầm H8 Tăng cường khả năng chịu cắt đầu dầm
4 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ VỀ CÔNG NGHỆ DƯL-N VÀ FRP
4.1 MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ CÔNG NGHỆ DƯL-N
Hệ thống các tiêu chuẩn thiết kế, thi công sử dụng cáp DƯL-N tương đối đầy đủ; có thể sử dụng Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, TCCS 02:2010/TCĐBVN Tiêu chuẩn thi công Cầu Đường bộ - AASHTO LRFD, và một số tài liệu tham khảo của nước ngoài (Freyssinet Prestressing The system of the inventor of prestressed concrete, VSL External Post-Tensioning Design Consideration VSL External Tendoms Example from Pratice, )
Qua việc ứng dụng thành công công nghệ DƯL-N trong các dự án nói trên đã mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật Để đạt được thành công đó, một số vấn đề sau đã được giải quyết:
Tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của kết cấu DƯL-N, nhất là hệ liên tục là một vấn đề khó khăn Để giải quyết được vấn đề này cần phải có các phần mềm tính toán thiết kế và phân tích kết cấu và chuyên dụng thích hợp như Midas/Civil, RM2004
Việc nối liền các dầm là một giải pháp rất tốt nhằm liên tục hóa các nhịp giản đơn với mục tiêu tăng cường khả năng làm việc của kết cấu bằng việc cung cấp thêm lực nén và mô men uốn ngược cho hệ dầm dọc, cấu tạo mới và tăng cường hệ thống dầm ngang với các bó DƯL trong dầm ngang, đồng thời thay đổi sơ đồ làm việc tổng thể của kết cấu nhịp - sơ đồ nhịp liên tục với phần tĩnh tải sau tăng cường và hoạt tải Việc bổ sung hệ thống dầm ngang và liên tục hoá kết cấu nhịp cũng sẽ cải thiện đáng kể chế độ dao động của hệ mạng dầm, tạo cảm giác êm thuận cho xe cộ khai thác qua cầu
Từ công trình ứng dụng lần đầu ở cầu Đa Phúc (Thái Nguyên), công nghệ kích nâng dầm để thay gối hoặc nâng cao độ cầu còn rất khó khăn do còn phải thực hiện đơn lẻ từng kích, công nghệ thi công bê tông vách neo và vách chuyển hướng còn khó khăn do chưa ứng dụng bê tông
tự đầm, sử dụng vật liêu Polimer còn phức tạp vì chưa có công nghệ ổn định, Đến nay các vấn đề trên đã được giải quyết (đã có hệ thống bơm đồng bộ và điều khiển tự động khi kích nâng dầm, hệ thống điều khiển tự động khi căng cáp DƯL, công nghệ chế tạo bê tông tự đầm
và bê tông pôlimer đã được làm chủ) thì khả năng ứng dụng giải pháp DƯL-N càng thuận lợi
và hiệu quả
Một số chú ý như trong trường hợp muốn tác dụng mô men uốn trong dầm thông qua hệ
DƯL-N bằng cách tăng độ lệch tâm của đường cáp, thậm chí phải bố trí đường cáp nằm thấp hơn so với đáy dầm, cần phải xét đến yếu tố thông thuyền, thông xe hoặc ngập trong nước của bó cáp Cần hết sức thận trọng khi bố trí các lỗ khoan xuyên quanh sườn dầm để bố trí các thanh CĐC
Trang 6căng ép các block neo hoặc các dầm neo ngang vì các lỗ này có thể chạm và phá hoại các bó cáp hoặc tao cáp DUL nằm trong bê tông
Dựa vào các số liệu về công trình cầu mới và cũ trong thực tế ở nước ta ứng dụng công nghệ cáp DƯL-N, cho thấy với trình độ của các đơn vị tư vấn thiết trong nước hoàn toàn có khả năng
áp dụng công nghệ này, khả năng làm chủ công nghệ
4.2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ FRP
Đối với công tác thi công, trước đây chủ yếu thực hiện theo chỉ dẫn kỹ thuật của các nhà sản xuất và cung cấp vật liệu, công nghệ Mặc dù đã có nhiều công trình được sửa chữa gia cường bằng FRP, tuy nhiên đến nay chưa đánh giá tổng kết một cách khoa học, đồng bộ về hiệu quả của giải pháp này cũng như những vấn đề cần điều chỉnh khi đưa giải pháp này vào ứng dụng
ở Việt Nam
Các kết quả của đề tài “Đánh giá hiệu quả các dự án thí điểm công nghệ gia cố dầm cầu BTCT
bằng chất dẻo có cốt sợi” [7] đã bước đầu đưa ra các kết luận về hiệu quả và các công việc cần
thực hiện tiếp theo để có thể ứng dụng rộng rãi giải pháp kỹ thuật này Tuy nhiên, do thời gian
và kinh phí không nhiều, đề tài cũng chỉ đánh giá ở mức định tính trong phạm vi vật liệu và công nghệ của Fyfe
Hiện tại chưa có các nghiên cứu về độ bền, tuổi thọ của kết cấu dầm được gia cường bằng FRP trong điều kiện Việt Nam Vì vậy, nên tiếp tục nghiên cứu đánh giá tổng thể độ bền của các cầu được gia cường bằng FRP ở điều kiện Việt Nam, việc đánh giá tập trung vào các nội dung như phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của cầu BTCT được gia cường bằng vật liệu FRP; khảo sát các điều kiện môi trường ở Việt Nam ảnh hưởng đến độ bền của cầu BTCT được gia cường bằng vật liệu FRP; khảo sát hiện trường và thực hiện thí nghiệm trên một số cầu BTCT được gia cường bằng vật liệu FRP ở Việt Nam; tổng hợp phân tích và đề xuất đánh giá độ bền của cầu BTCT được gia cường bằng vật liệu FRP phù hợp với điều kiện Việt Nam, Từ đó, đưa ra các khuyến nghị về độ bền của công trình cầu được gia cường bằng FRP cũng như đề xuất điều chỉnh các nội dung trong các tiêu chuẩn thiết kế, thi công nghiệm thu đã được xây dựng để phù hợp với điều kiện đặc thù của Việt Nam
4.3 PHẠM VI ÁP DỤNG, ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ DƯL-N VÀ FRP
Bảng 2 Một số ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng của công nghệ DƯL-N và FRP
Công
nghệ
Ưu điểm Là giải pháp có thể tăng cường đáng kể
khả năng khai thác của kết cấu nhịp đặc
biệt là dạng kết cấu nhịp BTCT thường
Quá trình thi công sửa chữa tăng cường
không làm ảnh hưởng đến giao thông trên
cầu và dưới cầu
Có thể kiểm soát được lực căng trong
các bó cáp DƯL-N, chủ động trong bảo
vệ, kiểm tra chất lược các bó cáp, có thể
thay thế các bó cáp không còn thỏa mãn
điều kiện khai thác
Có thể thay đổi sơ đồ làm việc của kết
nhịp theo hướng liên tục hóa đối với các
phần thành phần tĩnh tĩnh tải sau sửa chữa
và hoạt tải khai thác trên cầu
Không bị ăn mòn và hạn chế quá trình ăn mòn
Không phá hoại kết cấu hiện hữu và dễ lắp đặt
Trong quá trình thi công, không cần ngừng khai thác công trình (đối với tải trọng thông thường)
Không làm tăng tĩnh tải
Không yêu cầu cần thiết bị thi công nặng
và đặc biệt
Thuận tiện thi công, thi công nhanh và có thể thi công nơi diện tích nhỏ hẹp
Có thể áp dụng được tại những vị trí yêu cầu độ ẩm cao hoặc dưới nước mà các vật liệu khác không làm được
Trang 7 Trường hợp các vị trí neo và chuyển
hướng được bố trí trên dầm ngang, các
dầm ngang được sửa chữa gia cố hoặc
được cấu tạo mới sẽ làm cải thiện độ cứng
theo phương ngang – hệ số phân bố ngang
của của kết cấu nhịp, cải thiện một phần
đặc tính động lực học công trình của kết
cấu nhịp
Nhược
điểm
Phức tạp trong phân tích thiết kế và
kiểm soát sự làm việc của kết cấu trong
giai đoạn thi công với trường hợp tăng
cường cho kết cấu nhịp dầm BTCT DƯL
Do nằm ngoài tiết diện bê tông nên dễ
bị tổn thương bởi các tác động về nhiệt và
cơ học từ bên ngoài
Khó chống gỉ (nếu không có biện pháp
phù hợp)
Loại cáp sử dụng cho hệ thống DƯL-N
đắt hơn so với các loại cáp DƯL truyền
thống bố trí trong tiết diện dầm bê tông
Vật liệu FRP đơn hướng có đặc trưng ứng
xử dạng tuyến tính cho đến khi phá hoại
Bất lợi trong trường hợp các công trình chịu nhiệt lớn hoặc trong các điều kiện sự cố
có xuất hiện lửa; bị ảnh hưởng bởi tác động môi trường và làm bị xuống cấp do độ ẩm, nhiệt độ và tia UV
Tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu hiện hữu có giới hạn:
(ϕR n ) existing ≥ (1.1S DL + 0.75S LL ) new
trong đó, hệ số 1,1 được sử dụng để xét đến
độ chính xác khi đánh giá tĩnh tải, hệ số hoạt tải 0,75 được sử dụng giới hạn để cho phép kết cấu được tăng cường vẫn duy trì khả năng làm việc nếu như hệ FRP bị hư hỏng
Phạm vi
áp dụng
Giải pháp DƯL-N nên áp dụng cho các
cầu BTCT có chất lượng bê tông đáp ứng
được yêu cầu cần thiết như bê tông phải
có cấp f’ c >=30Mpa (như yêu cầu chung
cho kết cấu BTCT DƯL) Các hư hỏng,
khuyết tật lớn như nứt, vỡ, rỗ, cần được
khắc phục trước khi tạo DƯL trong hệ
thống DƯL-N
Cần áp dụng với kết cấu có khẩu độ
nhịp phù hợp để ảnh hưởng của mất mát
ứng suất trong bó cáp không ảnh hưởng
đáng kể đến lực căng tổng thể của bó cáp
Kết cấu nhịp tăng cường bằng giải pháp
DƯL-N nên có khẩu độ lớn
Trường hợp tăng cường cho kết cấu
nhịp dầm BTCT DƯL, cần thiết phải
khảo sát kỹ lưỡng đặc trưng hình học mặt
cắt dầm, đặc trưng vật liệu dầm trong thời
điểm khai thác, các dữ liệu căng kéo giai
đoạn chế tạo dầm, phân tích sự phát triển
từ biến co ngót ảnh hưởng đến lực căng
của các bó cáp trong và ứng lực còn lại
trong dầm để từ đó dự báo được mức độ
ứng lực có thể cung cấp thêm cho dầm
Theo ACI 440.2R-08, điều kiện của kết cấu hiện hữu để có thể gia cường bằng vật liệu FRP là bê tông phải có khả năng làm việc nhất định (kể cả chịu uốn và chịu cắt) cường độ nhất định Bê tông nền phải có cường độ chịu nén của tối thiểu f’c 17Mpa
và có cường độ chịu kéo tối thiểu là 1.4 MPa (được xác định bằng thí nghiệm dính bám - pull-off test) để có thể đủ khả năng dính bám
và truyền lực vào FRP
Có thể gia cường khả năng chịu uốn, chịu cắt và các hư hỏng cục bộ cho tất cả các loại dầm BTCT thường và dự ứng lực
Gia cường cho các loại dầm bị nứt, vỡ, thép chủ bị đứt do han gỉ, đứt cáp dự ứng lực loại kéo trước
Gia cường chống uông cho các loại bản mặt cầu bằng BTCT (kể cả bản mặt cầu BTCT của dầm thép liên hợp)
Gia cường cho các loại trụ BTCT và trụ thép, cột; gia cường cho các loại dầm thép
Gia tăng độ dẻo cho cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng lặp, tải trọng động
Trang 85 KẾT LUẬN
Việc gia cường kết cấu dầm BTCT DƯL bằng DƯL-N là giải pháp chủ động tạo lực nén vào dầm Để có thể kiểm soát được hiệu quả của giải pháp DƯL-N, cần tiến hành đo đạc theo dõi ứng suất, biến dạng trong các bộ phận của công trình tại những vị trí bất lợi Trong quan trình gia lực kích kéo phải liên tục ghi nhận các biến dạng của dầm và đối chiếu với cấp lực để kiểm soát lượng lực nén cung cấp cho dầm, có những điều chỉnh kịp thời khi xuất hiện những biến dạng, chuyển vị bất thường
Đối với các công trình mới: Công nghệ cáp DƯL-N có ưu điểm được sử dụng rộng rãi trên
thế giới như khả năng dễ kiểm soát và dễ thay thế sửa chữa Công nghệ này có nhược điểm
về vấn đề bảo vệ cáp, tuy nhiên hiện nay với các tiến bộ về bảo vệ cáp có thể khắc phục được nhược điểm này
Đối với các công trình cũ: Sau một thời gian khai thác, các công trình cầu có thể bị xuống
cấp do nhiều nguyên nhân Công nghệ DƯL-N là giải pháp có thể nâng được tải trọng khai thác hiệu quả cho các cầu cũ (khi so với các phương án sửa chữa, tăng cường khác), đặc
biệt sử dụng giải pháp liên tục hóa các dầm giản đơn
Công nghệ dán tấm polymer cốt sợi (FRP) đã được áp dụng nhiều trên thế giới để tăng cường cho kết cấu bê tông cốt thép do có ưu điểm: nhẹ, cường độ cao, dễ thi công, đáp ứng yêu cầu đảm bảo giao thông không phức tạp và giá thành tương đương một số phương án khác Công nghệ này có thể áp dụng để tăng cường khả năng chịu uốn của dầm, bản, khả năng chịu nén của cột, đặc biệt là các công trình cầu Tuy nhiên, để có thể áp dụng công nghệ này hiệu quả trong điều kiện Việt Nam, cần sớm xây dựng các hệ thống tiêu chuẩn về thiết kế, thi công và nghiệm thu, thí nghiệm vật liệu, bổ sung các báo cáo đánh giá tổng kết thực tiễn đã thi công
6 TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 22TCN 272-05 Tiêu chuẩn thiết kế cầu Bộ Giao thông Vận tải, 2005
2 AASHTO The Manual for Bridge Evaluation First Edition, 2008
3 ACI 440.2R-08, Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, published by the American Concrete Institute, 2008
4 ACI 440.3R-08 Guide Test Methods for Fiber-Reinforced Polymers for Reinforcing or Strengthening Concrete Structures, 2004
5 BD 85/08 Strengthening Highway Structures using Externally Bonded FRP, 2008
6 Đặng Gia Nải, Nghiên cứu đánh giá và giải pháp tăng cường khả năng khai thác cầu bê tông DƯL được xây dựng ở nước ta sau năm 1975 đến nay Đề tài cấp Bộ GTVT 2009
7 Lê Khắc Ánh Đánh giá hiệu quả các dự án thí điểm công nghệ gia cố dầm cầu BTCT bằng chất dẻo có cốt sợi Đề tài cấp Bộ GTVT 2012
8 FIB, Externally Bonded FRP Reinforcement for RC Structures, published by the International Federation for Structural Concrete, 2001
9 ISIS, Strengthening Reinforced Concrete Structures with Externally-Bonded Fibre Reinforced Polymers from ISIS Canada, 2001
10 JSCE, Recommendations for Upgrading of Concrete Structures with Use of Continuous Fiber Sheets, 2001
11 NCHRP Report 655, Recommended Guide Specification for the Design of Externally Bonded FRP Systems for Repair and Strengthening of Concrete Bridge Elements, 2010
12 MILLER, ANTHONY D Repair of Impact-Damaged Prestressed Concrete Bridge Girders Using Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) Materials A thesis submitted to the Graduate Faculty
Trang 9of North Carolina State University in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science, 2006
