NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, HỖ TRỢ ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU DẦM NHỊP GIẢN ĐƠN ĐANG SỬ DỤNG

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, HỖ TRỢ ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU DẦM NHỊP GIẢN ĐƠN ĐANG SỬ DỤNG MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU 6 DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ 8 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: CÔNG TÁC KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CẦU BTCT 13 1.1. Sơ lược về các công trình cầu ở Việt Nam 13 1.2. Hiện trạng hệ thống cầu trên mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam 14 1.2.1. Tổng quan về hệ thống cầu trên mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam 14 1.2.2. Một số đặc trưng tiết diện cầu ở Việt Nam 16 1.3. Tình hình nghiên cứu các phương pháp tính toán kiểm tra kết cấu cầu BTCT 19 1.3.1. Tổng quan về kiểm tra, đánh giá các cầu BTCT trên thế giới 19 1.3.2. Hiện trạng công tác kiểm tra, đánh giá cầu ở Việt Nam 20 1.4. Phân loại công tác kiểm tra 22 1.4.1. Kiểm tra thường xuyên 22 1.4.2. Kiểm tra định kỳ 22 1.4.3. Kiểm tra đột xuất 23 1.4.4. Kiểm tra đặc biệt 23 1.4.5. Kiểm định 23 1.5. Phương pháp đánh giá 24 1.5.1. Cơ sở để đánh giá 24 1.5.2. Mô hình thực trạng 24 1.5.3. Phương pháp đánh giá 25 1.5.4. Yêu cầu của công tác khảo sát hiện trường 25 1.5.5. Phương pháp thử tải công trình 26 1.6. Các dấu hiệu hư hỏng và nguyên nhân gây ra các hư hỏng trong các cầu BTCT 32 1.6.1. Vỡ 32 1.6.2. Nứt 32 1.6.3. Gỉ cốt thép thường 33 1.6.4. Tình trạng của các cáp dự ứng lực 34 1.6.5. Mài mòn 34 1.6.6. Hư hỏng bê tông và cốt thép do các xâm thực hóa học và điện hóa 34 1.6.7. Thạch nhũ và sản phẩm hư hỏng trên bề mặt bê tông 34 1.6.8. Chuyển vị và biến dạng lớn 35 1.6.9. Các hư hỏng của hệ thống thoát nước và lớp phòng nước mặt cầu 35 1.6.10. Những sai sót trong thiết kế 35 1.6.11. Những sai sót trong thi công 36 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LẠI CÁC THÔNG SỐ CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU QUA CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐẠC 37 2.1. Một số phương pháp phân tích kết cấu nhịp cầu 37 2.1.1. Phương pháp đòn bẩy 37 2.1.2. Phương pháp nén lệch tâm 38 2.1.3. Phương pháp dầm kê trên gối tựa đàn hồi 39 2.1.4. Nhóm phương pháp Guyon Massonnet 40 2.1.5. Phương pháp phần tử hữu hạn 40 2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn 41 2.2.1. Tổng quan về phương pháp PTHH 41 2.2.2. Các loại phần tử 42 2.2.3. Nội dung của phương pháp PTHH mô hình chuyển vị 43 2.2.4. Trình tự phân tích kết cấu theo phương pháp PTHH 47 2.2.5. Một số phần mềm tính toán kết cấu phổ biến hiện nay dựa trên phương pháp PTHH 49 2.3. Phương pháp tính toán lại các thông số của cầu qua các số liệu đo đạc 54 2.3.1. Tổng quan về bài toán cần giải quyết 54 2.3.2. Trình tự các bước tính toán lại thông số của cầu qua các số liệu đo đạc 55 2.3.3. Lựa chọn phương pháp thử mô đun đàn hồi E và đặc trưng hình học I tại các điểm nghi ngờ 57 2.3.4. Tiêu chí đánh giá mức sai lệch giữa độ võng tính toán và độ võng đo được thực tế 59 2.3.5. Lựa chọn phương pháp phân tích kết cấu nhịp 61 2.3.6. Lựa chọn sơ đồ tính 62 2.3.7. Tổng hợp phương pháp tính toán lại các thông số của cầu qua các số liệu đo đạc 63 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 64 3.1. Công cụ lập trình 64 3.1.1. Lựa chọn công cụ và ngôn ngữ lập trình 64 3.1.2. Tổng quan về Microsoft Visual Studio.NET và .NET framework 64 3.1.3. Các thành phần của .NET 66 3.1.4. Ưu điểm của ứng dụng .NET 67 3.2. Xây dựng nội dung chương trình 68 3.2.1. Phạm vi nghiên cứu của chương trình 68 3.2.2. Xây dựng sơ đồ tương tác người dùng (User case) 68 3.3. Nội dung chương trình 70 3.3.1. Nhập số liệu đầu vào 70 3.3.2. Nội dung phân tích 70 3.3.3. Kết quả số liệu đầu ra 71 3.3.4. Một số tiện ích khác 71 3.4. Xây dựng cấu trúc thuật toán chương trình 72 3.4.1. Cấu trúc thuật toán tổng quan 72 3.4.2. Cấu trúc thuật toán nhập, xử lý số liệu đầu vào 73 3.4.3. Cấu trúc thuật toán duyệt các bộ số liệu 75 3.4.4. Cấu trúc thuật toán phân tích phần tử hữu hạn 76 3.4.5. Cấu trúc thuật toán đối chiếu các bộ số liệu đo võng 77 3.4.6. Cấu trúc thuật toán xuất kết quả 78 3.5. Xây dựng cơ sở dữ liệu chương trình 78 3.5.1. CSDL về sơ đồ cầu, vật liệu, bản mặt cầu 78 3.5.2. CSDL về tiết diện 80 3.5.3. CSDL về thử tải 82 3.5.4. CSDL về Nhóm nghi ngờ 85 3.6. Phạm vi ứng dụng chương trình 85 3.6.1. Theo sơ đồ cầu 85 3.6.2. Theo vật liệu 85 3.6.3. Theo tiết diện 86 3.6.4. Theo sự làm việc giữa dầm với bản mặt cầu 86 3.6.5. Theo loại xe 86 3.6.6. Theo thế tải 86 3.7. Tổng kết xây dựng chương trình 87 CHƯƠNG 4: VÍ DỤ TÍNH TOÁN 88 4.1. Cầu Phụng Hiệp 88 4.1.1. Dữ liệu chung về cầu 88 4.1.2. Thử tải trọng tĩnh 91 4.1.3. Phân tích bằng chương trình 93 4.1.4. Kết quả tính toán trong hồ sơ kiểm định cầu Phụng Hiệp 101 4.1.5. So sánh kết quả phân tích bằng chương trình với kết quả kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Phụng Hiệp 103 4.2. Cầu Cái Dầy 105 4.2.1. Dữ liệu chung về cầu 105 4.2.2. Thử tải trọng tĩnh 108 4.2.3. Phân tích bằng chương trình 110 4.2.4. Kết quả tính toán trong hồ sơ kiểm định cầu Cái Dầy 119 4.2.5. So sánh kết quả phân tích bằng chương trình với kết quả kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Cái Dầy 121 4.3. Nhận xét qua 2 ví dụ 123 KẾT LUẬN KHUYẾN NGHỊ 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Nguyễn Công Chức

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, HỖ TRỢ ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG

TRÌNH CẦU DẦM NHỊP GIẢN ĐƠN ĐANG SỬ DỤNG

PHỤ LỤC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội 2011

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ 8

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: CÔNG TÁC KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CẦU BTCT 13

1.1 Sơ lược về các công trình cầu ở Việt Nam 13

1.2 Hiện trạng hệ thống cầu trên mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam 14

1.2.1.Tổng quan về hệ thống cầu trên mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam 14

1.2.2.Một số đặc trưng tiết diện cầu ở Việt Nam 16

1.3 Tình hình nghiên cứu các phương pháp tính toán kiểm tra kết cấu cầu BTCT 19

1.3.1.Tổng quan về kiểm tra, đánh giá các cầu BTCT trên thế giới 19

1.3.2.Hiện trạng công tác kiểm tra, đánh giá cầu ở Việt Nam 20

1.4 Phân loại công tác kiểm tra 22

1.4.1.Kiểm tra thường xuyên 22

1.4.2.Kiểm tra định kỳ 22

1.4.3.Kiểm tra đột xuất 23

1.4.4.Kiểm tra đặc biệt 23

1.4.5.Kiểm định 23

1.5 Phương pháp đánh giá 24

1.5.1.Cơ sở để đánh giá 24

1.5.2.Mô hình thực trạng 24

1.5.3.Phương pháp đánh giá 25

1.5.4.Yêu cầu của công tác khảo sát hiện trường 25

1.5.5.Phương pháp thử tải công trình 26

1.6 Các dấu hiệu hư hỏng và nguyên nhân gây ra các hư hỏng trong các cầu BTCT 32

1.6.1.Vỡ 32

1.6.2.Nứt 32

1.6.3.Gỉ cốt thép thường 33

1.6.4.Tình trạng của các cáp dự ứng lực 34

1.6.5.Mài mòn 34

1.6.6.Hư hỏng bê tông và cốt thép do các xâm thực hóa học và điện hóa 34

1.6.7.Thạch nhũ và sản phẩm hư hỏng trên bề mặt bê tông 34

1.6.8.Chuyển vị và biến dạng lớn 35

1.6.9.Các hư hỏng của hệ thống thoát nước và lớp phòng nước mặt cầu 35

1.6.10 Những sai sót trong thiết kế 35

1.6.11 Những sai sót trong thi công 36

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LẠI CÁC THÔNG SỐ CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU QUA CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐẠC 37

2.1 Một số phương pháp phân tích kết cấu nhịp cầu 37

2.1.1.Phương pháp đòn bẩy 37

2.1.2.Phương pháp nén lệch tâm 38

2.1.3.Phương pháp dầm kê trên gối tựa đàn hồi 39

2.1.4.Nhóm phương pháp Guyon Massonnet 40

2.1.5.Phương pháp phần tử hữu hạn 40

2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 41

2.2.1.Tổng quan về phương pháp PTHH 41

2.2.2.Các loại phần tử 42

2.2.3.Nội dung của phương pháp PTHH - mô hình chuyển vị 43

2.2.4.Trình tự phân tích kết cấu theo phương pháp PTHH 47

2.2.5.Một số phần mềm tính toán kết cấu phổ biến hiện nay dựa trên phương pháp PTHH 49

2.3 Phương pháp tính toán lại các thông số của cầu qua các số liệu đo đạc 54

2.3.1.Tổng quan về bài toán cần giải quyết 54

2.3.2.Trình tự các bước tính toán lại thông số của cầu qua các số liệu đo đạc 55

2.3.3.Lựa chọn phương pháp thử mô đun đàn hồi E và đặc trưng hình học I tại các điểm nghi ngờ 57

2.3.4.Tiêu chí đánh giá mức sai lệch giữa độ võng tính toán và độ võng đo được thực tế 59

2.3.5.Lựa chọn phương pháp phân tích kết cấu nhịp 61

2.3.6.Lựa chọn sơ đồ tính 62

2.3.7.Tổng hợp phương pháp tính toán lại các thông số của cầu qua các số liệu đo đạc 63

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 64

3.1 Công cụ lập trình 64

3.1.1.Lựa chọn công cụ và ngôn ngữ lập trình 64

3.1.2.Tổng quan về Microsoft Visual Studio.NET và NET framework 64

3.1.3.Các thành phần của NET 66

3.1.4.Ưu điểm của ứng dụng NET 67

3.2 Xây dựng nội dung chương trình 68

3.2.1.Phạm vi nghiên cứu của chương trình 68

3.2.2.Xây dựng sơ đồ tương tác người dùng (User case) 68

3.3 Nội dung chương trình 70

3.3.1.Nhập số liệu đầu vào 70

3.3.2.Nội dung phân tích 70

3.3.3.Kết quả số liệu đầu ra 71

3.3.4.Một số tiện ích khác 71

3.4 Xây dựng cấu trúc thuật toán chương trình 72

3.4.1.Cấu trúc thuật toán tổng quan 72

3.4.2.Cấu trúc thuật toán nhập, xử lý số liệu đầu vào 73

3.4.3.Cấu trúc thuật toán duyệt các bộ số liệu 75

3.4.4.Cấu trúc thuật toán phân tích phần tử hữu hạn 76

3.4.5.Cấu trúc thuật toán đối chiếu các bộ số liệu đo võng 77

3.4.6.Cấu trúc thuật toán xuất kết quả 78

3.5 Xây dựng cơ sở dữ liệu chương trình 78

3.5.1.CSDL về sơ đồ cầu, vật liệu, bản mặt cầu 78

3.5.2.CSDL về tiết diện 80

3.5.3.CSDL về thử tải 82

3.5.4.CSDL về Nhóm nghi ngờ 85

3.6 Phạm vi ứng dụng chương trình 85

3.6.1.Theo sơ đồ cầu 85

3.6.2.Theo vật liệu 85

3.6.3.Theo tiết diện 86

3.6.4.Theo sự làm việc giữa dầm với bản mặt cầu 86

3.6.5.Theo loại xe 86

3.6.6.Theo thế tải 86

3.7 Tổng kết xây dựng chương trình 87

CHƯƠNG 4: VÍ DỤ TÍNH TOÁN 88

4.1 Cầu Phụng Hiệp 88

4.1.1.Dữ liệu chung về cầu 88

4.1.2.Thử tải trọng tĩnh 91

4.1.3.Phân tích bằng chương trình 93

4.1.4.Kết quả tính toán trong hồ sơ kiểm định cầu Phụng Hiệp 101

4.1.5.So sánh kết quả phân tích bằng chương trình với kết quả kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Phụng Hiệp 103

4.2 Cầu Cái Dầy 105

4.2.1.Dữ liệu chung về cầu 105

4.2.2.Thử tải trọng tĩnh 108

4.2.3.Phân tích bằng chương trình 110

4.2.4.Kết quả tính toán trong hồ sơ kiểm định cầu Cái Dầy 119

4.2.5.So sánh kết quả phân tích bằng chương trình với kết quả kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Cái Dầy 121

4.3 Nhận xét qua 2 ví dụ 123

KẾT LUẬN & KHUYẾN NGHỊ 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

E : Mô đun đàn hồi của vật liệu

I : Mô men kháng uốn của tiết diện

My : Mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng

Qy : Lực cắt trong mặt phẳng thẳng đứng

Tx : Mô men xoắn của thanh

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Phân loại cầu trên hệ thống đường Quốc lộ và tỉnh lộ 14

Bảng 3.1: CSDL về sơ đồ cầu 78

Bảng 3.2: CSDL về vật liệu 79

Bảng 3.3: CSDL về bản mặt cầu 79

Bảng 3.4: CSDL về tiết diện chữ I 80

Bảng 3.5: CSDL về tiết diện chữ T 80

Bảng 3.6: CSDL về tiết diện chữ nhật 81

Bảng 3.7: CSDL về đặc trưng hình học tiết diện 82

Bảng 3.8: CSDL về xe kiểm toán 82

Bảng 3.9: CSDL các mẫu xe có sẵn 83

Bảng 3.10: CSDL về thế tải 84

Bảng 3.11: CSDL về độ võng đo được tại 1 điểm đo 84

Bảng 3.12: CSDL về độ võng đo được tại 1 điểm đo 85

Bảng 3.13: Phạm vi áp dụng của chương trình 86

Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm xác định cường độ bê tông cầu Phụng Hiệp 90

Bảng 4.2: : Kết quả đo độ võng nhịp N1 cầu Phụng Hiệp 93

Bảng 4.3: E, I tính toán - Kết quả phân tích cầu Phụng Hiệp lần 1 94

Bảng 4.4: Độ võng tính toán - Kết quả phân tích cầu Phụng Hiệp lần 1 94

Bảng 4.5: E, I tính toán - Kết quả phân tích cầu Phụng Hiệp lần 2 95

Bảng 4.6: Độ võng tính toán - Kết quả phân tích cầu Phụng Hiệp lần 2 96

Bảng 4.7: Kết quả tính toán lý thuyết độ võng dầm chủ cầu Phụng Hiệp 101

Bảng 4.8: Kết quả tính toán lý thuyết hệ số PPTT cầu Phụng Hiệp 102

Bảng 4.9: So sánh độ võng tính bằng chương trình với độ võng kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Phụng Hiệp 103

Bảng 4.10: Kết quả thí nghiệm xác định cường độ bê tông cầu Cái Dầy 108

Bảng 4.11: Kết quả đo độ võng cầu Cái Dầy 110

Bảng 4.12: E, I tính toán - Kết quả phân tích cầu Cái Dầy lần 1 111

Bảng 4.13: Độ võng tính toán - Kết quả phân tích sơ bộ cầu Cái Dầy lần 1 112

Bảng 4.14: E, I tính toán - Kết quả phân tích cầu Cái Dầy lần 2 113

Bảng 4.15: Độ võng tính toán - Kết quả phân tích cầu Cái Dầy lần 2 114

Bảng 4.16: Kết quả tính toán lý thuyết độ võng dầm chủ cầu Cái Dầy 119

Bảng 4.17: Kết quả tính toán lý thuyết hệ số PPTT cầu Cái Dầy 120

Bảng 4.18: So sánh độ võng tính bằng chương trình với độ võng kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Cái Dầy 121

DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1: Phân loại cầu trên Quốc lộ theo số lượng 15

Hình 1.2: Phân loại cầu trên Quốc lộ theo chiều dài 15

Hình 1.3: Ví dụ về mặt cắt ngang cầu dầm BTCT 16

Hình 1.4: Một số dạng tiết diện dầm BTCT 17

Hình 1.5: Ví dụ mặt cắt ngang cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT 18

Hình 1.6: Một số dạng tiết diện dầm thép 18

Hình 1.7: Một số dạng tiết diện dầm thép liên hợp bản BTCT 18

Hình 1.8: Minh họa các kết quả đo võng 29

Hình 2.1: Đường ảnh hưởng áp lực lên dầm chủ theo phương pháp đòn bẩy 37

Hình 2.2: Đường ảnh hưởng áp lực lên dầm chủ theo phương pháp nén lệch tâm .38 Hình 2.3: Đường ảnh hưởng áp lực lên dầm chủ theo phương pháp dầm liên tục trên gối tựa đàn hồi 39

Hình 2.4: Mô hình hóa kết cấu cầu để phân tích theo phương pháp PTHH 41

Hình 2.5: Các loại phần tử một chiều 42

Hình 2.6: Các loại phần tử hai chiều 42

Hình 2.7: Các loại phần tử tứ diện 43

Hình 2.8: Các loại phần tử lăng trụ 43

Hình 2.9: Phần mềm Sap2000 version 14 50

Hình 2.10: Phần mềm MIDAS/CIVIL2006 52

Hình 2.11: Phần mềm STAAD.Pro2006 54

Hình 2.12: Trình tự các bước tính toán lại thông số của cầu qua các số liệu đo đạc 57 Hình 2.13: Minh họa phương pháp chia khoảng các giá trị nghi ngờ để thử 58

Hình 2.14: Minh họa phương pháp thay đổi giá trị nghi ngờ để kết quả hội tụ 59

Hình 2.15: Sơ đồ các giá trị độ võng (dạng cây) 60

Hình 2.16: Sơ đồ phân tích kết cấu cầu theo mô hình mạng dầm 62

Hình 3.1: Vị trí của Net framework trong hoạt động của hệ thống 65

Hình 3.2: Các thành phần của Net framework 67

Hình 3.3: Sơ đồ tương tác người dùng 69

Hình 3.4: Thuật toán tổng quan của chương trình 72

Hình 3.5: Thuật toán nhập, xử lý số liệu Sơ đồ cầu, đặc trưng của các phần tử 73

Hình 3.6: Thuật toán nhập, xử lý số liệu Nhóm nghi ngờ, Thế tải và độ võng 74

Hình 3.7: Thuật toán duyệt các bộ số liệu 75

Hình 3.8: Thuật toán phân tích PTHH 76

Hình 3.9: Thuật toán đối chiếu các bộ số liệu đo võng 77

Hình 3.10: Thuật toán xuất kết quả 78

Hình 3.11: Các kích thước khai báo Sơ đồ cầu 79

Hình 3.12: Các kích thước khai báo tiết diện chữ I 80

Hình 3.13: Các kích thước khai báo tiết diện chữ T 81

Hình 3.14: Các kích thước khai báo tiết diện chữ nhật 82

Hình 3.15: Các thông số khai báo về xe kiểm toán 83

Hình 3.16: Các thông số khai báo thế tải 84

Hình 4.1: Sơ đồ các nhịp cầu Phụng Hiệp 88

Hình 4.2: Mặt cắt ngang cầu Phụng Hiệp 89

Hình 4.3: Xếp xe theo phương dọc cầu Phụng Hiệp để thử tải 91

Hình 4.4: Xếp xe theo phương ngang cầu Phụng Hiệp - thế tải Đúng tâm 91

Hình 4.5: Xếp xe theo phương ngang cầu Phụng Hiệp - thế tải Lệch tâm 92

Hình 4.6: Sơ đồ bố trí điểm đo và thiết bị đo độ võng cầu Phụng Hiệp 92

Hình 4.7: Biểu đồ độ võng - Kết quả phân tích cầu Phụng Hiệp lần 1 97

Hình 4.8: Biểu đồ Hệ số PPTT - Kết quả phân tích cầu Phụng Hiệp lần 1 98

Hình 4.9: Biểu đồ độ võng - Kết quả phân tích cầu Phụng Hiệp lần 2 99

Hình 4.10: Biểu đồ Hệ số PPTT - Kết quả phân tích cầu Phụng Hiệp lần 2 100

Hình 4.11: Biểu đồ hệ số PPTT trên phương ngang theo hồ sơ kiểm định cầu Phụng Hiệp 102

Hình 4.12: Biểu đồ so sánh độ võng tính bằng chương trình với độ võng kiểm toán

trong hồ sơ kiểm định cầu Phụng Hiệp - Thế tải Đúng tâm 104

Hình 4.13: Biểu đồ so sánh độ võng tính bằng chương trình với độ võng kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Phụng Hiệp - Thế tải Lệch tâm 104

Hình 4.14: Sơ đồ các nhịp cầu Cái Dầy 105

Hình 4.15: Mặt cắt ngang cầu Cái Dầy 106

Hình 4.16: Xếp xe theo phương dọc cầu Cái Dầy để thử tải 108

Hình 4.17: Xếp xe theo phương ngang cầu Cái Dầy - thế tải Đúng tâm 109

Hình 4.18: Xếp xe theo phương ngang cầu Cái Dầy - thế tải Lệch tâm 109

Hình 4.19: Sơ đồ bố trí điểm đo và thiết bị đo độ võng cầu Cái Dầy 109

Hình 4.20: Biểu đồ độ võng - Kết quả phân tích cầu Cái Dầy lần 1 115

Hình 4.21: Biểu đồ Hệ số PPTT - Kết quả phân tích cầu Cái Dầy lần 1 116

Hình 4.22: Biểu đồ độ võng - Kết quả phân tích cầu Cái Dầy lần 2 117

Hình 4.23: Biểu đồ Hệ số PPTT - Kết quả phân tích cầu Cái Dầy lần 2 118

Hình 4.24: Biểu đồ phân phối tải trọng trên phương ngang theo hồ sơ kiểm định cầu Cái Dầy 120

Hình 4.25: Biểu đồ so sánh độ võng tính bằng chương trình với độ võng kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Cái Dầy - Thế tải Đúng tâm 122

Hình 4.26: Biểu đồ so sánh độ võng tính bằng chương trình với độ võng kiểm toán trong hồ sơ kiểm định cầu Cái Dầy - Thế tải Lệch tâm 122

MỞ ĐẦU

Ở nước ta đang tồn tại một số lượng lớn các công trình cầu đã xuống cấpnhưng vẫn đang được khai thác, trong đó có nhiều cầu chưa được cắm lại biển tảitrọng Có nhiều nguyên nhân gây nên sự xuống cấp như: môi trường, thời gian tácdụng của tĩnh tải, hoạt tải Các nguyên nhân này làm thay đổi về hình dáng bênngoài, tính chất cơ lý của vật liệu, dẫn đến những sai lệch so với thiết kế Việc xácđịnh lại khả năng chịu tải thực của cầu là một vấn đề rất cần thiết, vì nó sẽ góp phầnnâng cao tuổi thọ của cầu, chất lượng khai thác và đảm bảo an toàn khi qua cầu

Do có những hư hỏng, độ cứng của một số bộ phận kết cấu cầu đã thay đổi,làm cho việc tính toán phân phối tải trọng lên các dầm chủ gặp khó khăn khi sửdụng các phương pháp, công cụ phân tích kết cấu thông thường Như vậy việc xâydựng phương pháp xác định lại độ cứng của các bộ phận kết cấu dựa trên kết quả đođạc thử tải là rất quan trọng trong công tác đánh giá khả năng chịu tải thực của cầu

Công tác tính toán lại độ cứng của các bộ phận kết cấu đòi hỏi phải phân tíchkết cấu chính xác Các phương pháp phân tích kết cấu gần đúng (đòn bẩy, nén lệchtâm, dầm trên nền đàn hồi, AASHTO ) có nhược điểm là không mang tính tổngquát, mỗi phương pháp chỉ sử dụng tốt đối với một số loại kết cấu nhất định hoặcđòi hỏi biết trước độ cứng của các dầm để tính các hệ số Vì vậy cần sử dụng cácphương pháp phân tích kết cấu có độ chính xác cao hơn như phương pháp PTHH đểtính toán lại khả năng chịu lực của công trình

Một trong những đặc điểm của phương pháp PTHH là khối lượng tính toánrất lớn, đòi hỏi phải lập trình hóa để tận dụng sự tính toán của máy tính Hiện nay,trên thị trường đã xuất hiện nhiều phần mềm phân tích kết cấu sử dụng phươngpháp PTHH như SAP, MIDAS, STAAD Tuy nhiên vẫn chưa có phần mềm nào cókhả năng phân tích số liệu đầu vào thành các bộ số liệu nghi ngờ trước khi phân tíchkết cấu dựa trên các số liệu đó, các kỹ sư muốn tính toán lại khả năng chịu lực củacầu phải tự thực hiện các công việc trên với khối lượng công việc rất lớn Vì vậynhu cầu xây dựng một phần mềm chuyên biệt hỗ trợ đánh giá năng lực chịu tải củacông trình cầu là rất cần thiết và có tính thời sự

Luận văn sẽ đi sâu vào việc nghiên cứu thuật toán xác định lại độ cứng củacác dầm theo độ võng đo được khi thử tải Từ đó xây dựng phần mềm tính toán, hỗtrợ đánh giá khả năng chịu tải của cầu Để làm được điều đó cần nghiên cứu thuậttoán duyệt các bộ số liệu, thuật toán so sánh các bộ số liệu độ võng với nhau.Phương pháp phân tích kết cấu được sử dụng là phương pháp PTHH mô hìnhchuyển vị.

Trong khuôn khổ thời gian làm luận văn thạc sỹ, nghiên cứu chỉ giới hạntrong các công trình cầu dầm nhịp giản đơn với một số kiểu mặt cắt ngang thôngdụng

Sau khi luận văn được hoàn thành, phần mềm - sản phẩm của đề tài sẽ làcông cụ hữu hiệu để các kỹ sư giảm được đáng kể thời gian và công sức tính toánđồng thời tránh được các sai sót trong quá trình đánh giá

Mục tiêu của luận văn:

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu thuật toán xác định lại độ cứng của các

bộ phận kết cấu cầu dầm nhịp giản đơn trên cơ sở kết quả đo đạc độ võng khi thử tải

để phục vụ công tác đánh giá lại khả năng chịu tải của cầu Từ đó nghiên cứuphương pháp xây dựng phần mềm tính toán, hỗ trợ công tác đánh giá cầu đang sửdụng

Luận văn cũng sẽ áp dụng kết quả các nghiên cứu này để phân tích một sốcông trình cầu thực tế đã được kiểm định, rút ra một số nhận xét về mức độ sai khác

có thể chấp nhận được về kết quả đo và kết quả tính độ võng các dầm chủ của kếtcấu nhịp cầu dầm giản đơn; đánh giá khả năng hội tụ khi giải bài toán lặp

Cấu trúc của luận văn gồm Phần mở đầu, 4 chương và phần Kết luận và kiếnnghị

CHƯƠNG 1:

CÔNG TÁC KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CẦU BTCT

1.1 Sơ lược về các công trình cầu ở Việt Nam

Cầu là loại công trình vượt qua phía trên chướng ngại vật trên đường nhưsông suối, khe núi, thung lũng sâu, các tuyến đường khác hoặc các khu vực phảiduy trì bình thường các hoạt động xã hội như sản xuất, giao thông, thương mại …Cầu là công trình nhân tạo vì vậy sự phát triển của nó gắn liền với sự phát triển của

xã hội Các công trình cầu đã tồn tại lâu đời và ngày một phát triển mạnh mẽ, phongphú về mọi phương diện Từ các cây cầu làm từ thời kì sơ khai như các cây cầu gỗ,bằng đá cho đến các cây cầu bằng bêtông cốt thép, các cây cầu bằng kim loại đượcxây dựng với các sơ đồ khác nhau, có chiều dài đạt hàng nghìn mét…

Ở Việt Nam vào thời kì trước cách mạng tháng 8 có rất nhiều cầu thuộc hệthống nhịp bản, dầm giản đơn, dầm hẫng, vòm BTCT thường với nhịp 2 đến 20mđược xây dựng trên các tuyến đường sắt và đường bộ Ví dụ như chỉ trên tuyếnđường sắt Bắc Nam có khoảng 600 cây cầu BTCT nhịp từ 8 đến 11m xây dựng từ1927-1932 đến nay vẫn còn tận dụng được sau khi gia cố sửa chữa nhiều đợt

Vào thời kì từ năm 1954 đến 1975 ở nước ta bắt đầu có sự phát triển về côngnghệ xây dựng và thiết kế cầu BTCT Ở miền Bắc từ năm 1954 nhiều cầu BTCTthường thuộc hệ bản, dầm giản đơn, dầm hẫng đúc bêtông tại chỗ đã được xâydựng Các đề tài ứng dụng cầu BTCT dự ứng lực trong xây dựng cầu lần đầu tiên đãđược tiến hành Một số cầu giản đơn BTCT dự ứng lực đã được xây dựng như cầuPhủ Lỗ, cầu Cửa Tiền, cầu Trang Thưa, cầu Bía theo đồ án Việt Nam Trong khi đó

do hoàn cảnh lịch sử hầu hết các cầu BTCT được xây dựng ở miền Trung và miềnNam kể từ Huế trở vào đều sử dụng loại dầm T dự ứng lực kéo trước theo đồ ánđiển hình của Hoa Kì và được thiết kế theo tiêu chuẩn Mỹ AASHTO đã được sảnxuất và lắp ghép rộng rãi trên các tuyến đường bộ trục chính khẩu độ dầm xấp xỉ12-18-25m Đến nay, có các trung tâm chế tạo các dầm dự ứng lực nhịp đến 33mtại Hà Nội và Bình Dương

Song song với việc thi công các cầu bê tông cốt thép thì cầu thép cũng được

sử dụng rộng rãi do tính chất ưu việt của vật liệu thép ở nước ta cầu thép được xâydựng từ thời thực dân pháp xâm chiếm Trong đó cầu dầm,cầu dàn được sử dụngrộng rãi, phổ biến nhất từ trước đến nay vì chỉ truyền áp lực thẳng đứng (dưới tảitrọng thẳng đứng) nên kích thước mố trụ tương đối nhỏ, cấu tạo đơn giản dễ tiêuchuẩn hoá, định hình hoá, thi công đơn giản, có thể làm dầm giản đơn, dầm liên tục

Về mặt qui trình, tiêu chuẩn cho thiết kế và nghiệm thu thì hiện nay ở nước

ta đang sử dụng tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 Đây là tiêu chuẩn hiện đại,dựa trên nội dung cơ bản là tiêu chuẩn AASHTO năm 1998, vì vậy sẽ góp phầnthúc đẩy nhanh quá trình hội nhập và phát triển của Việt Nam

1.2 Hiện trạng hệ thống cầu trên mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam

1.2.1 Tổng quan về hệ thống cầu trên mạng lưới giao thông đường bộ Việt

Nam

Hệ thống cầu đường bộ nước ta rất phong phú, đến nay mới chỉ thống kêđược số cầu trên hệ thống Quốc lộ (QL) và tỉnh lộ (TL) Tình trạng của hệ thốngcầu còn nhiều yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến công tác quản lý và khai thác Việcphân loại cầu còn đang trong giai đoạn nghiên cứu xây dựng tiêu chí đánh giá.Trong bảng 1.1 trình bày phân loại cầu theo thời gian khai thác khi thiết kế

Bảng 1.1: Phân loại cầu trên hệ thống đường Quốc lộ và tỉnh lộ

Chiều dài (m)

Vĩnh cửu Bán vĩnh cửu Tạm

Số cầu (%) Số cầu (%) Số cầu (%)

QL 4239 144539 3097 73,1 998 23,5 144 3,4

TL 3640 79279 1879 51,6 1117 30,7 644 17,7Tổng cộng 7879 223828 4976 63,2 2115 26,8 788 10,0

(Nguồn: Bộ Giao thông vận tải)

Qua số liệu trên bảng 1.1, có thể nhận thấy số lượng cầu được phân loại là

vĩnh cửu chỉ chiếm 73,10% số lượng cầu trên hệ thống Quốc lộ; loại bán vĩnh cửuchiếm tới 23,5% và loại cầu tạm chiếm 3,40% Số lượng cầu vĩnh cửu trên tỉnh lộcòn thấp hơn nữa chỉ chiếm 51,60%; còn lại là cầu bán vĩnh cửu và cầu tạm.

Để có một cái nhìn chi tiết về hiện trạng cầu hiện có trên hệ thống Quốc lộ,trong hình 1.1 và hình 1.2 đã trình bày thống kê chi tiết về các loại cầu hiện có trêncác tuyến Quốc lộ Cầu được phân thành 5 loại chính theo vật liệu sử dụng trong kết

cấu nhịp, bao gồm cầu bê tông cốt thép (BTCT) thường; BTCT dự ứng lực (BTCT

DƯL), thép-BTCT liên hợp; cầu dầm dàn thép; còn lại là các loại khác Có thể nhận

thấy cầu BTCT DƯL chiếm tới 13% về số lượng và 31% về chiều dài

Hình 1.1: Phân loại cầu trên Quốc lộ theo số lượng

Hình 1.2: Phân loại cầu trên Quốc lộ theo chiều dài

Các đặc điểm chung của hệ thống cầu ở Việt Nam được trình bày khá tỉ mỉtrong một số công trình đã công bố Trong phần này chỉ trình bày một số đặc điểm

cơ bản cho hệ thống cầu ở Việt Nam như sau:

- Có số lượng và chiều dài tương đối lớn

- Đa dạng về chủng loại : Cầu cống Việt Nam được xây dựng từ nhiều loại vật

liệu khác nhau như bê tông (BT), bê tông cốt thép (BTCT), bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DUL), thép, thép-BTCT liên hợp, gạch, đá Có nhiều dạng kết cấu nhịp

đã được xây dựng : kết cấu nhịp dạng giản đơn, kết cấu nhịp dạng liên tục, kết cấunhịp dạng khung hẫng chốt giữa, kết cấu nhịp dạng khung T-dầm treo, kết cấu nhịpdạng dàn, kết cấu nhịp dạng vòm, kết cấu nhịp cầu treo dây võng

- Có thời gian xây dựng khác nhau, theo nhiều cấp độ tải trọng khác nhau Đặcđiểm này không chỉ mang tính phổ biến trong phạm vi toàn lãnh thổ mà còn trongphạm vi miền vùng, thậm chí ngay cả trên cùng một tuyến

- Được thi công và thiết kế theo các Tiêu chuẩn và Quy trình khác nhau

(Pháp, Mỹ, Trung quốc, Liên xô (cũ), Việt Nam ).

- Nhiều cầu đã tồn tại qua hai cuộc chiến tranh, là mục tiêu đầu tiên bị đánh phátrong chiến tranh

- Hiện nay rất nhiều cầu đang bị xuống cấp trầm trọng do nhiều nguyên nhân

1.2.2 Một số đặc trưng tiết diện cầu ở Việt Nam

1.2.2.1 Cầu BTCT

Hình 1.3: Ví dụ về mặt cắt ngang cầu dầm BTCT

Hình 1.4: Một số dạng tiết diện dầm BTCT

c: Dầm BTCT DƯL liên hợp với bản BTCT

Dạng mặt cắt chữ T có dầm ngang là phổ biến nhất Nếu mối nối chỉ thựchiện ở các dầm ngang thì bản mặt cầu sẽ chịu lực giống như bản hẫng Chiều dàybản sẽ giảm dần từ chỗ sát nách dầm ra đến đầu mút hẫng Nách dầm có thể có vúthoặc không Bản thường dày từ 8-12 cm, sườn dầm khoảng 20cm, khoảng cáchgiữa các dầm có thể từ 90 đến 170 cm

Dạng mặt cắt chữ T không có dầm ngang được dùng phổ biến ở Liên Xô cũ,cũng được tham khảo áp dụng nhiều ở các tỉnh phía Bắc nước ta trong nhiều năm.Loại mặt cắt này làm cho kết cấunhịp có độ cứng ngang kém so với loại cầu có dầmngang và khi xe qua cầu có cảm giác rung rõ rệt, tuy nhiên vẫn đảm bảo khả năngkhai thác bình thường của cầu Khoảng cách giữa các dầm chủ thường là 210 cm,trong đó phần bản rộng 180 cm và mối nối 30 cm Chiều rộng sườn dầm lấy trongkhoảng 15 – 20 cm

Dạng mặt cắt nhịp gồm các dầm chữ I lắp ghép trước, sau đó tiếp tục lắpghép hoặc đúc bêtông tại chỗ phần bản mặt cầu để tạo kết cấu liên hợp nửa lắpghép

Hình dạng mặt cắt không có chỗ gãy góc hay thay đổi kích thước đột ngột để

tránh hiện tượng ứng suất tập trung quá lớn.

c Dầm I tán ghép có biên dưới lớn hơn biên trên

d Dầm I tán ghép có biên dưới lớn hơn biên trên và có phần BTCT hình chữ T

- Cầu dầm thép nhịp giản đơn không liên hợp với bản BTCT mặt cầu

Tiết diện kiểu chữ I đối xứng, tán ghép hoặc hàn được sử dụng phổ biến nhất.

- Cầu dầm thép nhịp giản đơn liên hợp với bản BTCT mặt cầu

Tiết diện dầm thép I định hình hoặc I định hình có thêm bản thép táp vào biên dưới(thường gọi là bản táp đáy)

Dầm I tán ghép hoặc hàn ghép có biên dưới lớn hơn biên trên

1.3 Tình hình nghiên cứu các phương pháp tính toán kiểm tra kết cấu cầu BTCT

1.3.1 Tổng quan về kiểm tra, đánh giá các cầu BTCT trên thế giới

Hiện nay khó có thể liệt kê hết các thư mục tóm tắt các công trình nghiêncứu trên thế giới về hư hỏng của BTCT và BTCT DƯL Tất cả các công trìnhnghiên cứu đã công bố đều cố gắng phát hiện, tìm hiểu các nguyên nhân, hậu quảcủa các trạng thái bệnh lý của vật liệu BTCT

Ở Mỹ, ngay từ những năm đầu của thập kỷ 60, Champion S., Sidney M đãgiới thiệu những công trình nghiên cứu của mình về hư hỏng của kết cấu BTCT Từnhững năm 1980 trở lại có các công trình nghiên cứu của các tác giả như Fisher J.W., Slockbower R E., Hope B B .Ngoài ra còn hàng loạt các công trình được công

bố bởi các tổ chức như ACI, ASCE, ASTM, AASHTO về vấn đề này

Ở Anh, vào năm 1959, Hammond đã giới thiệu các nghiên cứu của mình về

hư hỏng của các KCXD, trong đó có kết cấu BTCT Từ đó đến nay các công trìnhnghiên cứu của Chana P S., Clark L A., Dawe P H đã được công bố Các Việnnghiên cứu và các trường Đại học ở Anh cũng công bố nhiều công trình liên quanđến hư hỏng vật liệu

Kiểm tra và đánh giá cầu ở các nước như Liên bang Nga, Đức, Ấn Độ, cũng rất được coi trọng Các quy trình của LB Nga trong đó có quy trình kiểm tracầu là một trong những cơ sở để xây dựng quy trình kiểm tra và đánh giá cầu ở ViệtNam Trong quy trình của LB Nga việc đánh giá cầu BTCT, BTCT DƯL dựa trênviệc khảo sát, đánh giá hư hỏng tại từng bộ phận của công trình để xây dựng môhình thực trạng của cầu, mô hình này được điều chỉnh để có sự phù hợp với các kết

quả thử nghịêm (tĩnh, động) Trên cơ sở mô hình thực trạng sẽ tiến hành tính toán

để xác định tải trọng khai thác thực tế cho cầu,

Qua các tài liệu đã công bố, có thể phân loại tóm tắt những yếu tố gây hưhỏng công trình BTCT và BTCT DƯL thành 4 nhóm chính là chất lượng bê tông,môi trường, thời tiết và các tác động cơ học

Trong đó ảnh hưởng của môi trường, đặc biệt là của các tác nhân hóa họcnhư sunfat, clo và cacbonat được đặc biệt quan tâm Đã có nhiều công trình nghiêncứu về quá trình xâm thực, cơ chế phá hoại bê tông và gỉ cốt thép, ngưỡng ăn mòncốt thép của các tác nhân trên đã được công bố

Từ những kết quả nghiên cứu về nguyên nhân bản chất và hậu quả của các

hư hỏng khuyết tật thường gặp trong vật liệu cũng như trong kết cấu, các nghiêncứu tập trung tìm cách phát hiện xác định các hư hỏng khuyết tật đó Qua cácnghiên cứu đã công bố có thể phân loại các số liệu cần thu thập và xử lý trong chẩnđoán và đánh giá cầu BTCT thành 3 nhóm chính : các số liệu về bê tông, các số liệu

về cốt thép và các số liệu về kết cấu Để thu thập và xử lý được những số liệu đóphải sử dụng rất nhiều các phương pháp kỹ thuật khác nhau, kể từ những phươngpháp đơn giản nhất là tiếp cận và đo đạc kiểm tra bằng các thiết bị đơn giản nhưthước, kính lúp đến những phương pháp và kỹ thuật mới với những trang thiết bịhiện đại Những phương pháp và kỹ thuật thông dụng có tính hiệu quả cao thườngthấy trong các tài liệu được lập thành Tiêu chuẩn như các Tiêu chuẩn thí nghiệm

của AASHTO và ASTM (Mỹ), của BSI (Anh).

1.3.2 Hiện trạng công tác kiểm tra, đánh giá cầu ở Việt Nam

Trong những năm của hai cuộc chiến tranh giải phóng dân tộc, chúng ta hầunhư không có điều kiện để quản lý khai thác và bảo dưỡng hệ thống cầu theo quanđiểm tuổi thọ Mục tiêu của quản lý khai thác thời kỳ này là đảm bảo giao thông,giữ vững sự thông suốt các tuyến đường bị đánh phá ác liệt để đảm bảo cung cấpsức người và sức của cho tiền tuyến

Trong khoảng thời gian từ khi đất nước hoàn toàn thống nhất (1975) cho đến

đầu những năm 90, do điều kiện khách quan, việc quản lý khai thác và bảo dưỡng

hệ thống cầu ở Việt Nam cũng vẫn chưa được quan tâm đúng mức Sau hai cuộcchiến tranh giải phóng dân tộc, với một cơ sở hạ tầng bị hư hỏng nghiêm trọng, việcxây dựng các công trình mới được quan tâm hơn Ngoài một số các Tiêu chuẩn

ngành về thử tải cầu “Quy trình thử nghiệm cầu 22TCN 1703-87”, hầu như chưa có

một nghiên cứu nào được tiến hành Đã có hàng loạt các sự cố về hư hỏng của cầu

đã xảy ra như sự cố sập cầu Rào (Hải Phòng), cầu Phong Quang (QL 46), cầu Diên Khánh (QL 1A)…

Cho đến đầu những năm 90, nhận thấy tầm quan trọng và hiệu quả của côngtác quản lý khai thác các công trình cầu, các nghiên cứu về lĩnh vực này mới đượctriển khai Một trong những kết quả đáng chú ý là kết quả nghiên cứu của đề tài

KC-10-11 “Lựa chọn công nghệ thích hợp kiểm định các công trình GTVT“

thuộc chương trình khoa học công nghệ KC 10 trong thời kỳ 1991-1995 Đề tàiđược thực hiện tại Viện Khoa học và Công nghệ GTVT Các kết quả của đề tài đãđược áp dụng trong công tác kiểm tra và đánh giá cầu thiết thực phục vụ công tácquản lý khai thác, nâng cấp cải tạo các công trình cầu

Năm 1995, dự án ODA “Kiểm tra và đánh giá cầu ở Việt Nam“ do Vương

Quốc Anh tài trợ được thực hiện tại Viện Khoa học và Công nghệ GTVT Kết quảthực hiện Dự án là sự chuyển giao công nghệ kiểm định cầu của Vương quốc Anh

(có sửa đổi bổ sung cho phù hợp với điều kiện cụ thể của Việt Nam) Đồng thời một

số trang thiết bị trong kiểm định cầu cũng được trang bị cho đơn vị kiểm tra và đánh

giá cầu trong Viện Khoa học và Công nghệ GTVT - BTAU (Bridge Testing and

Assessement Unit)

Hiện nay nhiều trường đại học kỹ thuật ở nước ta đã đưa công tác kiểm tra vàđánh giá cầu vào chương trình giảng dạy Trường Đại học Xây dựng có môn họcKhai thác và kiểm định cầu Trường Đại học Giao thông Vận tải cũng đã đưa mônhọc Kiểm tra và tăng cường cầu vào dạy cho sinh viên Môn học này thực sự đãtrang bị những kiến thức cần thiết giúp sinh viên có nhận thức về công tác quản lý,kiểm tra và đánh giá cầu Nhiều giáo trình, tài liệu cũng đã được biên soạn

Ngoài ra việc nghiên cứu kiểm tra và đánn giá cầu cũng còn được tiến hành ở

một số Viện nghiên cứu và Trường Đại học như Viện Cơ học (Viện Khoa học tự

nhiên và Công nghệ Quốc gia), Đại học Giao thông vận tải, Đại học Xây dựng, Đại

học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh

Các cơ quan quản lý cũng đã quan tâm đến việc ứng dụng các kết quả nghiêncứu quản lý khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa cầu vào thực tế nhằm đảm bảo hoạtđộng và ngăn chặn sự xuống cấp của hệ thống cầu Một loạt các Tiêu chuẩn, Quytrình, Quy định trong quản lý, khai thác được ban hành như “Quy trình kiểm địnhcầu trên đường ôtô 22TCN 243-98 Cục Đường bộ Việt Nam là cơ quan quản lýđường bộ cao nhất cả nước Từ 1993 Cục đã thành lập Trung tâm kỹ thuật đường bộthuộc Cục và sau đó là các Trung tâm kỹ thuật đường bộ thuộc các Khu quản lýđường bộ Các Trung tâm kỹ thuật đường bộ và các cơ quan làm công tác kiểm địnhkhác (như Viện Khoa học công nghiệp GTVT, Trường Đại học GTVT, Trường Đạihọc Xây dựng, ) này đã đảm đương một khối lượng công việc kiểm tra và đánh giácầu rất lớn, cho đến nay về cơ bản đã đáp ứng được yêu cầu của công tác quản lýkhai thác cầu

1.4 Phân loại công tác kiểm tra

Theo Tiêu chuẩn kỹ thuật bảo dưỡng đường bộ trong kiểm tra cầu hiện nay

có 5 mức độ kiểm tra:

1.4.1 Kiểm tra thường xuyên

Tiến hành bằng cách tiếp cận, quan sát và ghi nhận tình trạng của những bộphận công trình chính, cấp kiểm tra là cấp hạt Tuỳ theo tình trạng cầu có thể tiếnhành kiểm tra theo tuần, tháng hoặc thường xuyên hơn, số liệu kiểm tra được ghichép và lưu trữ ở cấp Hạt Khi kiểm tra nếu có gì bất thường thì phải báo cáo lên cấpquản lý cao hơn

1.4.2 Kiểm tra định kỳ

Là hình thức kiểm tra toàn diện công trình cầu do cấp Công ty hoặc cấp Khu/

Sở GTVT thực hiện hai lần trong năm (trước và sau mùa lũ) Kiểm tra bằng thị sát

và sử dụng các thiết bị kiểm tra đơn giản như thước, búa,, cho tất cả các bộ phận

của cầu đặc biệt chú trọng kiểm tra các bộ phận cầu có thể bị ảnh hưởng do mưa lũ.

Số liệu kiểm tra được báo cáo lên cơ quan quản lý cấp trên

1.4.3 Kiểm tra đột xuất

Tiến hành khi có sự cố, hư hỏng xảy ra với cầu do cấp Công ty kết hợp vớiKhu QLĐB/ Sở GTVT hoặc Cục Đường bộ thực hiện tuỳ theo mức độ sự cố Mụctiêu của kiểm tra là đánh giá tình trạng hư hỏng, xác định nguyên nhân và đề ra giảipháp xử lý

1.4.4 Kiểm tra đặc biệt

Do cấp Khu/ Sở hoặc Cục Đường bộ thực hiện khi các kiểm tra nêu trên pháthiện có sự cố kỹ thuật phức tạp

1.4.5 Kiểm định

Là hình thức kiểm tra rất kỹ lưỡng đối với tất cả các bộ phận công trình cầu

để có thể phân tích được mức độ suy thoái của chúng theo hai phương diện kết cấu

và vật liệu Kiểm định do Tư vấn thực hiện theo đề cương do cấp có thẩm quyềnphê duyệt Kiểm định có các nội dung sau :

- Kiểm tra chi tiết lần đầu tiên (lập trạng thái “0“-trạng thái “zêro”) : Đối

với công trình mới xây dựng, các công trình mới được nâng cấp, khôi phục thì kiểmtra chi tiết lần đầu tiên để xác lập trạng thái ban đầu của cầu được tiến hành cùnglúc nghiệm thu bàn giao cho đơn vị quản lý

- Kiểm định: được tiến hành theo chu kỳ 5-7 năm hoặc 10 năm một lần đốivới cầu đang khai thác hoặc đã có những dấu hiệu hư hỏng nghiêm trọng Các tưvấn kiểm định cầu phải thu thập số liệu về tình trạng của cầu, thử tải (tĩnh và động)

và tiến hành tính toán lại kết cấu nhằm đánh giá hiện trạng và xác định năng lựcchịu tải của cầu, trên cơ sở đó quy định điều kiện khai thác Kết quả kiểm định đượclưu trữ Khu/ Sở và Cục Đường bộ

1.5 Phương pháp đánh giá

1.5.1 Cơ sở để đánh giá

Cơ sở để đánh giá của một công trình cụ thể thường gồm hai phần :

Phần thứ nhất : Gồm tập hợp các Hồ sơ thiết kế, thi công, hoàn công của công

trình, hồ sơ trạng thái của công trình trước khi đưa vào khai thác sử dụng (trạng

thái 0), hồ sơ các đợt kiểm tra hàng năm, kiểm tra chi tiết, kiểm tra đặc biệt…dựa

vào đó có thể biết được những thông tin cơ bản của cầu về quá trình thiết kế, thicông và khai thác

Phần thứ hai : Gồm các phương pháp, thuật toán trong lĩnh vực chẩn đoán công

trình Đó là các tri thức về hư hỏng vật liệu, về hư hỏng kết cấu, về tác động môitrường, về ảnh hưởng của các hư hỏng khuyết tật đến sự làm việc của công trình màcon người đã biết chính xác hoặc chưa chính xác…Có những tri thức đã được đưavào các Tiêu chuẩn, Quy trình đánh giá công trình, nhưng cũng có các tri thức chỉ là

các kinh nghiệm của các chuyên gia…Tùy theo từng loại công trình (loại vật liệu,

loại kết cấu…) mà vận dụng cho phù hợp Một hư hỏng có thể do nhiều nguyên

nhân khác nhau gây ra và nó cũng có thể gây ra nhiều hậu quả khác nhau đối vớicầu

1.5.2 Mô hình thực trạng

Trước khi tiến hành đánh giá kết cấu nhịp cầu (cầu BTCT nói riêng) cần phảixây dựng mô hình thực trạng của nó Mô hình thực trạng là sơ đồ kết cấu và tiếtdiện có tính đến những hư hỏng suy thoái của vật liệu và các suy giảm kết cấu củachúng Các hư hỏng suy thoái của vật liệu bao gồm các hư hỏng khuyết tật bề mặt

có thể phát hiện khi kiểm tra trực tiếp tại hiện trường Các hư hỏng bên trong kếtcấu hoặc suy thoái các đặc trưng vật liệu có thể phát hiện bằng các phương phápNDT Các suy thoái kết cấu có thể được nhận biết qua đánh giá các trạng thái cơhọc nhận được khi thử tải ở hiện trường

Nhiệm vụ của đánh giá kết cấu nhịp cầu BTCT là từ các số liệu trong Hồ sơ

công trình (nếu có), các số liệu đo đạc kiểm tra, thử tải ở hiện trường để xây dựng

và điều chỉnh mô hình thực trạng của nó, cuối cùng từ mô hình thực trạng đó tiếnhành các tính toán đánh giá ở mức độ cao hơn như xác định khả năng chịu lực, độtin cậy, tuổi thọ…

Việc đánh giá khả năng chịu lực của cầu dựa trên những kết quả của công táckiểm tra kiểm định Cụ thể là các vấn đề sau:

- Số liệu về vị trí, mức độ hư hỏng của các bộ phận kết cấu cầu thu thập đượcqua đo đạc khảo sát trên cầu

- Sự dịch chuyển, biến dạng của công trình ở trạng thái không tải và trạngthái có tải

- Những đặc trưng về dao động

1.5.3 Phương pháp đánh giá

Việc đánh giá tính toán lại kết cấu để xác định khả năng chịu tải của cầu chủ

yếu dựa theo một số Tiêu chuẩn đánh giá của Liên Xô (cũ) như “Quy trình xác định

sức chịu tải cầu kết cấu nhịp dầm BTCT cầu đường bộ BCH 32-78” và các Tiêuchuẩn ngành của Việt Nam “Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn22TCN 18-1979”, “Quy trình kiểm định cầu trên đường ôtô 22TCN 243-98” Vềthực chất là kiểm toán lại các trạng thái giới hạn có kể đến các khuyết tật phát hiện

trong quá trình kiểm tra Các Tiêu chuẩn đánh giá của Liên Xô (cũ) và Tiêu chuẩn ngành của Việt Nam đều dựa trên Quy trình thiết kế cầu của Liên Xô (cũ) ban hành

năm 1967 Việc tính toán phân tích kết cấu cầu có thể sử dụng các phần mềm phântích kết cấu thông dụng như SAP, STAAD III hoặc các chương trình khác

1.5.4 Yêu cầu của công tác khảo sát hiện trường

- Đo đạc thật chi tiết các kích thước hình học của các phân tố kết cấu và các bộ phậncông trình

- Khảo sát kĩ lưỡng tình trạng các bộ phận công trình, đặc biệt lưu ý xác định mức

độ hư hỏng, khuyết tật có ảnh hưởng tới khả năng chịu lực Khi cần thiết có thể phảilấy mẫu vật liệu để thí nghiệm các đặc trưng cơ lí cũng như phân tích các thànhphần hoá học Song như vậy tương đối phức tạp và tốn kém vì đồng thời sau đó

phải trám lại lỗ khoan trên kết cấu Vì vậy khi cần xác định cường độ bê tôngthường người ta dùng súng bắn bê tông hoặc dùng thiết bị siêu âm

- Thử tải trọng của công trình để có số liệu cụ thể về một số thông số kỹ thuật nóilên sự làm việc thực tế và khả năng chịu lực của công trình Ở đây số liệu này chính

là độ võng của các dầm khi chịu tải trọng

Vì các khâu công tác được tiến hành chủ yếu ngay tại hiện trường tức là trên cáccầu đang khai thác nên công việc đo đạc kết quả phải được thực hiện theo một kếhoạch và đề cương rất chi tiết và sát sao, để hạn chế đến mức tối đa việc phong toảgiao thông trên cầu, bên cạnh đó vấn đề bảo đảm an toàn cho con người, máy mócthiết bị cũng phải đặc biệt đề cao

1.5.5 Phương pháp thử tải công trình

1.5.5.1 Phương pháp tính toán lại khả năng chịu tải của cầu

Xác định khả năng chịu tải của công trình phải dựa trên tình hình thực tế vềcác mặt hình học, cơ lý, trạng thái công trình qua thời gian khai thác Để làm đượcđiều này ta tính toán lại công trình, cụ thể là xác định nội lực lớn nhất cho phép đốivới các phân tố riêng rẽ của kết cấu và so sánh với nội lực do tải trọng thực tế gây

ra Tải trọng thực tế này gồm tĩnh tải thực tế và hoạt tải đang khai thác hoặc dự kiếncho qua cầu

Khi tính toán lại công trình thì căn cứ vào thực trạng các bộ phận và phân tốkết cấu, nghĩa là sẽ sử dụng sơ đồ và kích thước hình học thật, các đặc trưng cơ lýcủa vật liệu có kể đến sự biến đổi theo thời gian khai thác

Thông thường, việc tính toán khả năng chịu tải của cầu có thể thực hiện theohai phương pháp:

Phương pháp thứ nhất: xác định 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 củavật liệu, trên cơ sở đó kết luận về sự an toàn hay không khi cho hoạt tải qua cầu.Phương pháp này có nhược điểm là mỗi khi thay đổi hoạt tải qua cầu sẽ phải tínhtoán lại một lần

Phương pháp thứ hai (có tên là định cấp tải trọng): so sánh hoạt tải thực thế(hoặc hoạt tải tính toán) với hoạt tải mà kết cấu nhịp có thể chịu được Để thực hiệnviệc so sánh này người ta sử dụng đoàn hoạt tải chuẩn gọi tên là hoạt tải đơn vị kíhiệu H-1 Hoạt tải mà kết cấu nhịp có thể chịu được biểu thị bằng số lần hoạt tảiđơn vị, gọi tên là cấp của kết cấu nhịp Hoạt tải thực tế (hoặc hoạt 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 kết luận về khả năng chịu tải

an toàn không hay là cấp của kết cấu nhịp chính là khả năng chịu tải tối đa mà cầu

K: Tải trọng tương đương

Pi: Trị số của tải trọng tập trung

yi: Tung độ ngay dưới vị trí tải trọng tập trung Pi của đường ảnh

hưởng nội lực trong phân tố kết cấu

: Diện tích đường ảnh hưởng

Từ đây ta có thể xác định được nội lực trong các thanh hoặc từng phân tố kết cấu.Theo phương pháp ứng suất cho phép thì nội lực trong từng thành phần hoặctừng phân tố kết cấu do hoạt tải gây ra được tính như sau:

So = K'''(1+') + K''''''(1+'') + ( 1.0)Còn nội lực đoàn hoạt tải đơn vị H-1 là:

S1 = K11 1 (1+1 ) ( 1.0)Trong đó:

K', K'' là các tải trọng tương đương của các hoạt tải đồng thời có thể có trên cầu

', '' các hệ số phân phối ngang của các hoạt tải

(1+'), (1+'') các hệ số xung kích của các hoạt tải

', '' các diện tích đường ảnh hưởng nội lực So được chất các hoạt tải

K1 : Hoạt tải tương đương của hoạt tải đơn vị H-1

(1+1 ): Hệ số xung kích của hoạt tải đơn vị H-1

1: diện tích đường ảnh hưởng nội chất các tải H-1

Độ chính xác khi quan trắc bằng máy thuỷ bình thường không quá 1mm, còn

đo độ võng bằng mực nước trong ống dẫn theo nguyên lý bình thông nhau thì rất ít

Ngoài ra ta còn dùng Indicatơ hay còn gọi là thiên phân kế các Indicatơ có

độ chính xác cao hơn, đạt tới 0,001 mm.Indicatơ có dạng như một đồng hồ tròn Khilắp đặt Indicatơ cần để đầu nhọn của thanh tỳ vuông góc với một diện phẳng, nhẵn

sao cho kim chỉ ít nhất là 0.5mm trong trường hợp biến dạng xẩy ra làm tăng số đo

Nếu có khả năng biến dạng lớn hơn 9mm và có thể dẫn đến nguy hiểm làmgẫy Indicatơ thì tốt nhất là nên lắp đặt sao cho khi biến dạng tăng thì số đo lại giảm

đi, như vậy khi biến dạng quá lớn vượt quá giới hạn của indicatơ có thể đo thì đầunhọn của thanh ti có sẽ rời ra khỏi bề mặt tựa

* Vị trí lắp đặt thiết bị và dụng cụ đo

+ Cần đo độ võng của kết cấu nhịp không phải chỉ tại tiết diện nghiên cứu

mà cả vị trí gối để có thể loại trừ những biến dạng của mố, trụ, gối cầu

+ Khi kết cấu nhịp có nhiều dầm thì đối với nhịp cần nghiên cứu sẽ đo độvõng của từng dầm

+ Nên bố trí dụng cụ đo ở xa vị trí các liên kết và các nơi tiết diện thay đổi+ Các vị trí đặt dụng cụ đo phải dễ dàng cho công việc quan trắc

1 y  y        

2

2 1 2

1, 2 : độ lún toàn phần tại các gối

1', 2': Độ lún còn lại (độ lún dư của các gối)

yđ.h : Độ võng đàn hồi của kết cấu nhịp

yd : Độ võng dư riêng của kết cấu nhịpĐối với các cầu đang khai thác thường độ võng dư rất không đáng kể.Trường hợp độ võng dư lớn là dấu hiệu đáng quan tâm, chứng tỏ kết cấu có nhữngkhuyết tật cần phải xem xét và xử lý

1.5.5.3 Xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu

Nếu có số liệu thí nghiệm chính xác thì sử dụng các số liệu sau:

* Bê tông:

Cần xác định các thông số sau:

 Cường độ của bê tông khi chịu nén dọc trục Rlt

 Cường độ của bê tông khi chịu nén khi uốn Ru

 Modun đàn hồi của bê tông

Cường độ chịu nén được xác định trên các mẫu thí nghiệm chịu nén hìnhlăng trụ hoặc được xác định trực tiếp ngoài hiện trường thông qua các phương phápthí nghiệm không phá hoại như:

Dùng súng bật nảy (TCXD 162 – 1987) là phương pháp xác định cường độ

bê tông theo độ cứng bề mặt vật liệu Quan hệ thực nghiệm R – N được thể hiện ởdạng bảng số hay biểu đồ chuẩn Dựa vào đó, nếu mẫu có trị số bật nảy ntb đo đượctrên mỗi vùng mẫu thử, tra bảng hay trên biểu đồ lập sẵn đối với bê tông cùng loại,

ta sẽ xác định được cường độ của bê tông trên vùng tương ứng R

Dùng phương pháp siêu âm (TCXD 225 – 1998): là phương pháp kiểm trachất lượng vật liệu thông qua việc đo tốc độ truyền sóng siêu âm qua các vùng bêtông Việc kiểm tra cường độ bê tông chủ yếu dựa trên mối quan hệ thực nghiệmgiữa thông số cường độ R (kg/cm2) – tốc độ truyền sóng V (km.s) Quan hệ nàyđược biểu hiện chuẩn dưới dạng đồ thị hoặc có thể biểu thị gần đúng qua hàm quan

hệ bậc 4

* Thép cường độ cao

Cần xác định các thông số:

- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn RT

- Cường độ chịu kéo tính toán RT

- Modun đàn hồi

* Thép thường

Cần xác định các thông số:

- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn RT

- Cường độ chịu kéo tính toán RT

* Xác định vị trí cốt thép:

Di chuyển đầu dò trên mặt bê tông và tại vị trí có cốt thép chỉ thị của trườngđiện từ (cường độ cảm ứng từ, âm thanh) đạt giá trị cực đại khi đó trục cốt thépnằm trong mặt phẳng đi qua tâm đầu dò (nếu có thép nằm vuông góc với trục đầu

dò thì chỉ thị số và âm thanh sẽ yếu hơn nhiều)

* Xác định chiều dày lớp bảo vệ:

Tiến hành tương tự như trên nhưng chuyển chế độ của máy về chế độ xácđịnh chiều dày lớp bảo vệ, lúc này số chỉ thị trên máy là khoảng cách từ đầu dò đếnmặt thanh thép

* Xác định đường kính cốt thép

Cách thức đo đường kính cốt thép tuỳ thuộc vào từng loại thiết bị của cácnhà sản xuất khác nhau Tuy nhiên nguyên tắc chung của phép đo vẫn là cách làmđúng dần dựa vào phép đo chiều dày lớp bảo vệ.

1.6 Các dấu hiệu hư hỏng và nguyên nhân gây ra các hư hỏng trong các cầu BTCT

Dựa trên các kết quả nghiên cứu và kiểm tra cầu BTCT và BTCT DƯL ởViệt Nam, đã cho những đánh giá ban đầu về dấu hiệu hư hỏng và nguyên nhân gây

hư hỏng, có thể tóm tắt như sau:

1.6.1 Vỡ

Hiện tượng này xảy ra khi các phần bê tông bị tách lớp ra khỏi khối bê tôngchính có thể do bị tác động quá mạnh hoặc do cốt thép bị gỉ

Có nhiều nguyên nhân gây vỡ, ví dụ như :

- Gỉ của cốt thép trong bê tông

- Một số bộ phận của kết cấu không làm việc theo chức năng (kẹt gối, khe co

dãn không làm việc đúng chức năng…).

1.6.2 Nứt

Các vết nứt nhỏ thường được gọi là các vết nứt phi cấu trúc (non structural

crack) có thể thấy ở hầu hết các bề mặt bê tông đã đông cứng Các vết nứt này hình

thành trong quá trình đông cứng bê tông, thường có bề rộng vết nứt dưới 0.05 mm

và phân bố không theo quy luật Đây là một đặc điểm thuộc về bản chất của bê tông

do hàng loạt các phản ứng trong quá trình đông cứng bê tông

Một loại vết nứt khác là các vết nứt có cấu trúc (structural crack) Các vết

nứt này thường có thể nhận biết bằng mắt thường và có bề rộng từ 0.10 mm trở lên.Các vết nứt này kéo dài và phân bố theo một quy luật nào đó.

Vết nứt được đặc trưng bởi 3 thông số chính : chiều dài, bề rộng và độ sâuvết nứt Kiểu và dạng vết nứt sẽ cung cấp những thông tin giải thích về nguyênnhân Các vết nứt có thể là vết nứt vuông góc với trục dầm, các vết nứt xiên góc tạikhu vực gần gối, các vết nứt dọc theo vị trí thanh cốt thép Vết nứt là một cửa ngõ

để các tác nhân gây xâm thực phá hoại cốt thép và bê tông

Các vết nứt có thể được phân loại theo nhiều cách :

- Các vết nứt hình thành khi đổ bê tông

- Các vết nứt do nhiệt

- Các vết nứt do co ngót

- Các vết nứt do tác động của môi trường

- Các vết nứt do các nguyên nhân khác như hỏa hoạn, vượt tải, chênh lún, vachạm, các tải động phụ của cốt thép dự ứng lực…

- Hậu quả có thể của các vết nứt cần được xem xét một cách tổng quát dựatrên các đặc điểm như nguyên nhân, vị trí, số lượng, điều kiện môi trường và điềukiện khai thác của cầu Đặc biệt các vết nứt có cấu trúc trong kết cấu BTCT DƯLcho thấy đã có những vấn đề nghiêm trọng về khả năng chịu lực của cầu

1.6.3 Gỉ cốt thép thường

Gỉ cốt thép là hiện tượng thường gặp trong kết cấu BTCT nói chung và kếtcấu BTCT DƯL nói riêng Một trong những nguyên nhân chính là các tác nhân xâmthực làm thay đổi tính chất của bê tông trong vùng chứa cốt thép ở giai đoạn đầu rấtkhó phát hiện ra gỉ, song dần dần sẽ xuất hiện những vết ố trên bề mặt bê tông vàđôi khi xuất hiện những vết rạn nứt dọc theo cốt thép do chịu lực của khối lượngthép gỉ ngày càng tăng lên làm trương nở thể tích bê tông Cuối cùng những vết nứtnhư vậy sẽ làm cho bê tông bị vỡ và làm cho cốt thép bị lộ ra, tốc độ gỉ tăng nhanhhơn và làm vỡ vật liệu kết cấu Trong một số trường hợp những vết ố do gỉ có thểbắt nguồn từ những thanh cốt thép cấu tạo bị ăn mòn Trong một số cầu mới, cốt

thép bị gỉ vì đã bị phơi lộ quá lâu trước khi đổ bê tông.

1.6.4 Tình trạng của các cáp dự ứng lực

Thường thì không thể kiểm tra bằng mắt các cốt thép DƯL, bởi vì các cốtthép DƯL nằm trong bê tông hoặc là chúng được lồng vào những ống đặt trong bêtông Các cốt thép DƯL có thể bị gỉ, đứt và ảnh hưởng đến khả năng khai thác củacầu Sự suy giảm tiết diện cốt thép DƯL, sự mất mát DƯL trong cốt thép DƯL lànguyên nhân gây ra các sự cố nghiêm trọng đối với các cầu BTCT DƯL Hiện nayđây vẫn là một vấn đề lớn trong đánh giá cầu BTCT DƯL

1.6.5 Mài mòn

Các tác động cơ học gây ra bởi con người, thời tiết hoặc dòng nước gây ramài mòn bề mặt kết cấu BTCT, gây hư hỏng trên bề mặt Đây là hiện tượng lớp vữa

bề mặt hoặc cấp phối bị bong dần từng lớp một

1.6.6 Hư hỏng bê tông và cốt thép do các xâm thực hóa học và điện hóa

Có một số dạng xâm thực chính có thể gây hư hỏng bê tông :

- Xâm thực dưới dạng hoà tan một số thành phần của bê tông

- Xâm thực dưới dạng trương nở do một số thành phần của bê tông

- Xâm thực hóa học có thể gây ra bởi axít, sulphates, alkalis, phản ứng silica, nước mềm, clo và cacbonnat

alkali Xâm thực điện hóa gây gỉ cốt thép và hư hỏng bê tông

1.6.7 Thạch nhũ và sản phẩm hư hỏng trên bề mặt bê tông

Hiện tượng này thường xảy ra tại các khe co giãn, ở phần bê tông mặt cầunơi không có hệ thống chống thấm hoặc hệ thống chống thấm bị hỏng Nước sẽthấm xuống các gối cầu hoặc các khu vực bị rỗ, đặc biệt là những vị trí kết cấu bêtông mỏng Do bị rò và thấm nước, các hợp chất tạo nên độ rắn chắc của bê tông bịphân hoá Tác động của hiện tượng này rất dễ thấy dựa vào những vết ố, sự tích lũycủa các sản phẩm gỉ cốt thép tại các vết nứt, và việc xuất hiện những thạch nhũ trên

bề mặt bê tông Đây có thể là do hậu quả của nhiều nguyên nhân :

- Hiện tượng xâm thực hóa học đã xảy ra trong bê tông.

- Trong thành phần của bê tông có chứa clo và các dẫn xuất của của nó

- Bê tông bị rỗ, rỗng và nước đã lưu thông trong bê tông

1.6.8 Chuyển vị và biến dạng lớn

Các nguyên gây ra gồm :

- Do vượt tải

- Do các hư hỏng của bê tông, của cốt thép…

1.6.9 Các hư hỏng của hệ thống thoát nước và lớp phòng nước mặt cầu

- Hệ thống thoát nước thường bị tắc, vỡ gây ra đọng nước trên mặt cầu hoặcnước xối vào bề mặt của các rầm biên gây hư hỏng bề mặt bê tông, ẩm mốc và hơinước thấm qua các vết nứt gây gỉ cốt thép

- Lớp phòng nước mặt cầu kém, không làm đúng chức năng, nước mưa trên

bề mặt thấm qua lớp phòng nước xuống bề mặt cầu gây ra các dạng xâm thực như

đã trình bày ở trên Đặc biệt là trong các kết cấu nhịp BTCT không rầm ngang cómối nối bản cánh thực hiện ở hiện trường

1.6.10.Những sai sót trong thiết kế

Những sai sót trong thiết kế thường là nguyên nhân gây ra các hư hỏng đãtrình bày ở trên Những sai sót thường gặp là :

- Chọn dạng kết cấu không phù hợp :

+ Sử dụng kết cấu nhịp BTCT lắp ghép không rầm ngang có mối nối bảncánh thực hiện tại hiện trường

+ Sử dụng kết cấu nhịp bê tông tiền áp lắp ghép có cáp DUL liên kết ngang

theo Tiêu chuẩn AASHTO (AASHO).

+ Lớp phòng nước không có hiệu quả hoặc bỏ lớp phòng nước…

- Đồ án thiết kế có những điểm vi phạm Tiêu chuẩn, Quy trình thiết kế về kíchthước mặt cắt, lượng cốt thép tối đa hoặc tối thiểu, chiều dày lớp bê tông bảo vệ,mối nối cốt thép, chủng loại cốt thép…không thỏa mãn các điều kiện của Tiêu

chuẩn, Quy trình.

- Có những vấn đề còn đang nghiên cứu, chưa hoàn thiện như hiệu ứng của tải trọngđộng hoặc mỏi, những vấn đề về bê tông cường độ cao, hiện tượng co ngót và từbiến của bê tông cường độ cao, ảnh hưởng của các phụ gia tăng cường độ và độsụt…

1.6.11.Những sai sót trong thi công

- Dùng loại vật liệu không đúng quy cách thiết kế (loại xi măng, loại đá, loại cốtthép, nước có chứa clo, sulphates…)

- Bảo quản vật liệu kém

- Ván khuôn, dàn giáo thi công không đúng thiết kế

- Không đảm bảo cấp phối bê tông, trình tự đổ bê tông, vị trí cốt thép…

- Không tuân thủ các quy định trong quá trình căng kéo cốt thép DƯL

- Bảo dưỡng kém

Trong phương pháp đòn bẩy, tải trọng phân bố xuống dầm dọc theo quy luậtđòn bẩy: tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đặt lực tới dầm tính toán.

Hình 2.9: Đường ảnh hưởng áp lực lên dầm chủ theo phương pháp đòn bẩy

Phương pháp đòn bẩy có ưu điểm là đơn giản, tuy nhiên chỉ phù hợp với số ítcầu Đó là những cầu có liên kết ngang có độ cứng nhỏ hoặc bị hư hỏng Phươngpháp đòn bẩy cũng phù hợp để tính toán đối với tiết diện trong phạm vi gối của kết