Nghiên cứu lựa chọn giải pháp tăng cường khả năng chịu lực kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép tỉnh trà vinh

ể có một hệ thống cầu đầy đủ, hoàn ch nh và đồng bộ như vậy cần có một lượng vốn đầu tư đảm bảo cho việc thay thế các cầu, trong khi đó nguồn vốn địa phương hạn chế, hàng năm lượng vốn x

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

NGUYỄN THÀNH NHƠN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP

TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỊU LỰC KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP TỈNH TRÀ VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

NGUYỄN THÀNH NHƠN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP

TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỊU LỰC KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Mã số : 60.58.02.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS L Thị B ch Th y

Đà Nẵng - Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thành Nhơn

M C L C

TRANG PH BÌA

LỜI CAM ĐOAN i

M C L C ii

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THÔNG CẦU 2

1 1 TH TR G H TH G U 2

1 1 1 Dạng kết cấu và vật liệu xây dựng 2

1 1 2 Vấn đề cần đặt ra cho hệ thống cầu trên địa bàn 2

1 1 3 Thời gian xây dựng và tải trọng cầu 3

1 2 T H TR G H T G U G H I TH 9

1 2 1 ác dạng hư hỏng, sự cố thường gặp 9

1 2 1 1 ối với ầu dầm thép liên hợp BT T 9

1 2 1 2 ối với cầu bản bê tông cốt thép và cầu dầm bê tông cốt thép 10

1 2 1 3 ường đầu cầu, bản mặt cầu, khe co giãn, mố cầu 12

1 2 2 Phân tích các nguyên nhân gây ra hư hỏng và các yếu tố làm xuống cấp các cầu đang khai thác 14

1 2 2 1 ác hư hỏng do quá trình phá hủy vật liệu do tác động của môi trường 14 a Sự phá hủy lý hóa của bê tông 14

b Sự hư hỏng do hiện tượng ăn mòn cốt thép trong bê tông 14

c Sự hư hỏng về nứt do co ngót bê tông 14

1 2 2 2 hững hư hỏng do quá trình khảo sát, thiết kế 14

a hững hư hỏng do tính toán kết cấu 15

b hững hư hỏng xảy ra lựa chọn giải pháp kết cấu không tốt 15

1 2 2 3 hững hư hỏng liên quan đến thi công 15

a Sản xuất bê tông 16

b ốt thép trong bê tông 16

c Bố trí cốt thép trong ván khuôn và thi công căng kéo 16

d hững sai sót trong quá trình thi công 16

1 2 2 4 hững hư hỏng trong quá trình khai thác sử dụng 16

1 3 H GI T H TR G H H G U B T G T TH P TR B T H TR VI H 17

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ ĐÁNH GIÁ CÔNG TRÌNH CẦU VÀ CÁC BIỆN PHÁP SỬA CHỮA, GIA CỐ TĂNG CƯỜNG

KẾT CẤU NHỊP CẦU CŨ 19

2 1 SỞ THUY T V S H H G T U H P 19

2 1 1 Hệ thống phân loại chất lượng kỹ thuật 19

2 2 PH G PH P I TR 19

2 2 1 Phương pháp kiểm tra tổng quát 19

2 2 2 Phương pháp kiểm tra chi tiết 20

2 2 3 Thử nghiệm cầu 20

2 3 GI I PH P S H T G Ờ G U 20

2 3 1 Biện pháp sửa chữa bằng vật liệu truyền thống 21

2 3 2 Biện pháp tăng cường tiết diện 21

2 3 3 Biện pháp dán bản thép ngoài bổ sung 22

2 3 4 Biện pháp dán tấm vật liệu composite 23

2 3 5 Biện pháp đặt thêm cốt thép dự ứng lực ngoài 26

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN SỬA CHỮA TĂNG CƯỜNG CẦU BTCT THƯỜNG ÁP D NG CHO CẦU CÂY GÁO KM14+772,ĐƯỜNG ĐT912 29

3 1 GHI U T H T S H T G Ờ G U BT T TH Ờ G B G PH G PH P P D G G I P D G H U Y G 14+772, Ờ G T 912 29

3 1 1 Tổng quan về công nghệ tăng cường cáp dự ứng lực cho dầm cầu bê tông cốt thép 29

3 1 2 ác bộ phận kết cấu chính 29

3 1 3 Phương pháp phân tích tính toán 30

3 1 4 ý thuyết phân tích kiểm toán 31

3 1 4 1 p dụng cho cầu ây Gáo 31

a Số liệu tính toán 31

b Phương án gia cường 32

c Thiết kế cáp dự ứng lực ngoài 33

d Mô hình phân tích 34

3 1 4 2 Tải trọng phân tích 34

a Tải trọng bản thân dầm (D ) 34

b Tải trọng lớp bê tông dày 6-12 (cm) (DW1) 34

c Tải trọng lớp láng nhựa và phòng nước dày 3 4mm, mối nối ướt (DW2) 35

d Tải trọng lan can tay vịn 35

e Tải trọng căng kéo cáp cường độ cao (PS) 35

f Hoạt tải xe thiết kế (H 93) 36

g Hoạt tải xe thiết kế (3 6 1 4 – 22TCN 272-05) 36

h Tổ hợp tải trọng tính toán kiểm tra 37

3 1 4 3 iều kiện kiểm tra kết cấu chịu lực theo 22T 272-05 [3] 37

a ối với dầm 37

b ối với dây cáp dự ứng lực ngoài 37

c iểm tra hiệu ứng mõi của cáp dự ứng lực ngoài 37

3 1 4 4 Tính toán nội lực dầm trước khi gia cường cáp dự ứng lực 38

3 1 4 5 Tính toán dầm sau khi tăng cường 38

a Theo dõi biến dạng dầm sau khi căng cáp 38

b iểm tra ở trạng thái giới hạn sử dụng 39

c iểm tra sức kháng uốn của dầm 40

3 1 4 6 iểm tra ứng suất dầm sau khi căng cáp 41

a iểm tra cáp dự ứng lực 42

b iểm tra hiệu ứng mỏi cho cáp dự ứng lực ngoài 42

c iểm tra sức kháng uốn của dầm tại tiết diện có nội lực lớn nhất 43

d iểm tra sức kháng cắt của dầm tại vị trí kê lên gối cầu 43

e iểm tra trạng thái giới hạn cường độ cáp dự ứng lực ngoài 44

3 1 4 7 ột số kết quả minh họa kết quả tính 44

a Dầm biên 44

b Dầm giữa 45

3 1 4 8 Tổng kết kết quả tăng cường 45

3 1 4 9 Dự toán sửa chữa căng cáp cho một nhịp gồm 4 dầm 46

3 1 4 10 u điểm và nhược điểm của công nghệ D -N 47

a u điểm 47

b hược điểm 48

3 2 GHI U T H T S H T G Ờ G U BT T TH Ờ G B G PH G PH P T S I RB P D G H U Y G 14+772, Ờ G T 912 48

3 2 1 Giới thiệu công nghệ 48

3 2 2 ác đặc trưng cơ học của vật liệu FRP 50

3 2 2 1 ý thuyết tính toán 50

a Tính toán sức kháng uốn của dầm 50

b Sức kháng cắt của dầm 51

3 2 2 2 p dụng tính toán 52

a ội lực kiểm tra kết cấu 52

b iểm tra khả năng chịu lực của cấu kiện 52

c Dự toán sửa chữa cho một nhịp bốn dầm 53

3 2 2 3 u điểm và nhược điểm của phương pháp sửa chữa và tăng cường bằng tấm sợi carbon 55

a u điểm 55

b hược điểm 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 DANH M C TÀI LIỆU THAM KHẢO

PH L C

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

DANH M C CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1.6 Hỏng dưới đáy bản bê tông và để lộ cốt thép, cầu Hàm

Giang m155+800, Quốc lộ 53, t nh Trà Vinh 12

1.7 Hỏng bản mặt cầu, cầu Sông Giăng m 32 + 650,

Số hiệu

3.12 ịnh nghĩa xe tải, xe hai trục và hiệu ứng H 93 36

3.14 omen dầm 1 ở trạng thái cường độ (max = 2741 m) 38

3.15 omen dầm 1 ở tổ hợp giới hạn sử dụng (max = 1844

3.17 ng suất thớ dưới dầm (max = 20 87 pa ot ok) 39 3.18 ng suất thớ trên dầm ( in -11.47Mpa<-15Mpa) 39

3.20 ng suất thớ dưới dầm ( ax=2 995<3 45 pa) 41 3.21 ng suất thớ trên dầm ( ax= 3 72<15 pa) 41 3.22 ng suất trong cáp ( ax 290 5 < 837 pa) 42 3.23 iểm tra hiệu ứng mõi cho cáp (max 29 5 < 55 pa) 42 3.24

ô mem lớn nhất ở trạng thái giới hạn cường độ cho

dầm biên ( max = 1428 nm< r = 2653 nm>1428

Knm)

43

3.26 ng suất trong cáp (max = 385 pa < 1209 pa) 44

3.27 Biểu đồ mô men do tĩnh tải bản thân dầm và cáp dự ứng

3.30 Biểu đồ mô men do tĩnh tải bản thân dầm và cáp dự ứng

3.31 Biểu đồ mômen dầm ở tổ hợp trạng thái giới hạn cường

3.32 Biểu đồ thay đổi lực cắt lớn nhất ở tổ hợp trạng thái giớ

Số hiệu

4.3 Biểu đồ thay đổi sức kháng cắt của dầm trước và sau khi

MỞ ĐẦU

1 T nh cấp thiết c a đề tài

ác cầu bê tông cốt thép trước đây được xây dựng để phục vụ nhu cầu tải trọng thấp, hiện nay tải trọng khai thác của các tuyến đường càng lớn ể đáp ứng được nhu cầu chịu tải trọng lớn cho cầu và mang lại hiệu quả kinh tế cao cần nghiên cứu biện pháp gia cường cầu

ề tài nghiên cứu hai giải pháp tăng cường tải trọng cho cầu bằng cách sử dụng dán sợi carbon và dự ứng lực ngoài để chịu tải trọng khai thác H 93 (22T 272-05)

2 Mục ti u nghi n cứu

ghiên cứu, tìm hiểu sơ đồ chịu lực của dầm cầu trước khi gia cường

ghiên cứu, tính toán tăng cường cầu để chịu tải trọng lớn hơn

3 Đối tượng và phạm vi nghi n cứu

ối tượng nghiên cứu là cầu dầm giản đơn bê tông cốt thép (cầu Cây Gáo) dưới tác dụng của tải trọng H 93

Tìm hiểu được sự làm việc của tấm sợi carbon và dự ứng lực ngoài cho cầu dầm giản đơn

4 Phương pháp nghi n cứu

Thu thập tài liệu và thông tin liên quan đến cơ sở lý thuyết của đề tài, phân tích

sơ đồ cầu thực tế trước và sau khi tăng cường kết cấu

Tính toán tấm sợi và dự ứng lực ngoài với bản tính bằng tay và trên phần mềm Midas/Civil

5 Bố cục c a luận văn

uận văn được trình bày trong 3 chương, có nội dung chính như sau:

hương 1: Phân tích đánh giá hiện trạng hệ thống cầu

hương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để đánh giá công trình cầu và các biện pháp sửa chữa, gia cố tăng cường kết cấu nhịp cầu cũ

Chương 3: ghiên cứu tính toán sửa chữa tăng cường cầu BT T thường áp dụng cho cầu ây Gáo m14+772, đường T912

ết luận và iến nghị

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THÔNG CẦU

1.1 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG CẦU

Sở Giao thông vận tải Trà Vinh là đơn vị trực thuộc y ban nhân dân t nh Trà Vinh làm nhiệm vụ quản lý hệ thống đường T nh và 03 tuyến Quốc ộ 53, 54 và 60 trong địa bàn t nh Trà Vinh

Trên hệ thống Quốc ộ có 03 tuyến gồm 48 cầu và 04 tuyến t nh lộ gồm 22 cầu Tổng số 70 cầu, trong số đó có 69 cầu bê tông cốt thép và 01 cầu thép

Tải trọng cầu nhìn chung là thấp, các tuyến đường T chủ yếu thiết kế tải trọng H13 và H30, thời gian xây dựng rất lâu Trong những năm gần đây một số tuyến đường T dược nâng cấp mặt đường nhưng nguồn vốn có hạn nên chưa cải tạo nâng cấp được cầu, mặt khác vốn duy tu sửa chữa hàng năm thấp nên ảnh hưởng đến giao thông vận tải và đó là các tiềm ẩn mất an toàn sự cố cầu có thể xảy ra

ết cấu của hệ thống cầu của t nh được xây dựng rất lâu Qua quá trình khai thác, từ các bức xúc về vận tải đã từng bước được nâng cấp cải tạo nhưng không được đồng bộ Quá trình xây dựng giai đoạn cũ bằng các công nghệ thi công lạc hậu ết cấu nhịp chủ yếu là giản đơn và chia làm một số lại chủ yếu như sau:

- ầu Bê tông cốt thép (BT T) thường nhịp giản đơn;

- ầu Bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn

1.1.1 Dạng kết cấu và vật liệu xây dựng

- Dạng kết cấu: a số dạng kết cấu là giản đơn khẩu độ không lớn, chiều dài dầm thường từ 9 – 30m, dầm chữ I hoặc chữ T

Tổng số 48 cầu trên tuyến Quốc ộ: có 40 cầu nhịp dầm dự ứng lực tiết diện chữ I và chữ T; 8 cầu dầm bêt tông cốt thép thường

Tổng số 22 cầu trên tuyến T nh ộ: có 21 cầu bản bê tông cốt thép và 01 cầu thép

1.1.2 Vấn đề cần đặt ra cho hệ thống cầu tr n địa bàn

Thực trạng hệ thống cầu có tải trọng thấp và không đồng bộ được xây dựng khá lâu, kết cấu không quy chuẩn, quá trình xây dựng bằng các công nghệ lạc hậu Xuất phát từ vấn đề đó, trên hệ thống cầu tiềm ẩn mất an toàn công trình và mất an toàn giao thông

ể phục vụ tốt an ninh chính trị, phát triển kinh tế, du lịch, đô thị hóa nông thôn, phát triển công nghiệp phải có một hệ thống cầu được bố trí hợp lý để phục vụ các yêu cầu đó

ể có một hệ thống cầu đầy đủ, hoàn ch nh và đồng bộ như vậy cần có một lượng vốn đầu tư đảm bảo cho việc thay thế các cầu, trong khi đó nguồn vốn địa phương hạn chế, hàng năm lượng vốn xây dựng cơ bản còn phải phục vụ các ngành kinh tế khác và còn phải nâng cấp nền mặt đường để phục vụ nhân dân

hiệm vụ đặt ra là: ập kế hoạch thứ tự ưu tiên cải tạo nâng cấp các cầu hiện có; họn kết cấu hợp lý phù hợp với công tác quản lý, môi trường của địa phương; mỹ quan; tuổi thọ; Tải trọng phù hợp cho từng tuyến

Trong khuôn khổ luận văn này ch tập trung nghiên cứu sâu một số nội dung như sau:

- ánh giá lại tình trạng hư hỏng hệ thống cầu do Sở GTVT Trà Vinh quản lý

- ghiên cứu cơ sở đánh giá chất lượng công trình cầu và các giải pháp sủa chữa tăng cường khả năng chịu lực kết cấu nhịp cầu Bê tông cốt thép

- giên cứu, tính toán sửa chữa cầu BT T thường bằng ông nghệ ứng dụng vật liệu composite và ông nghệ dự ứng lực ngoài; p dụng cầu ây Gáo, m14+772, đường T912

1.1.3 Thời gian xây dựng và tải trọng cầu

ác cầu được xây dựng qua nhiều thời điểm khác nhau ác cầu xây dựng từ

1982 – 2014 thường có tải trọng H13 – H30 khổ hẹp từ 3,3 – 12m

ánh giá chung: Hệ thống cầu trên địa bàn t nh Trà Vinh có số lượng tương dối lớn nhưng phân bố không đồng đều, được xây dựng qua nhiều thời điểm, kết cấu đơn giản, chủ yếu cầu bản bê tông cốt thép và cầu dầm bê tông cốt thép Qua quá trình khai thác sử dụng nhiều cầu đang trong quá trình: hư hỏng, xuống cấp cần phải được cải tạo sửa chữa nâng cấp nhằm đảm bảo an toàn công trình, an toàn giao thông vận tải

Qua quá trình điều tra khảo sát và phân tích các tài liệu hiện trạng của cầu được thống kê vào bảng sau:

STT TÊN CẦU LÝ

Loại kết Tải trọng

Khổ

Năm khai

Tình trạng

Đường tỉnh :

1.2 TÌNH TRẠNG CHẤT LƯ NG CÁC CẦU ĐANG KHAI THÁC

1 2 1 Các dạng hư hỏng, sự cố thường gặp

1.2.1.1 Đối với Cầu dầm thép liên hợp BTCT

Thường xảy ra các trường hợp sau:

- ác dầm thép bị g nhiều do môi trường ô nhiễm, không được bảo quản sơn sửa kịp thời

- ây cỏ 2 đầu mố mọc nhiều, không được vệ sinh tạo môi trường ẩm ướt làm

g nhanh các đầu dầm và gối

- Xuất hiện một số vết nứt dưới bản mặt cầu BT T

Hình 1.1 Gỉ dầm thép cầu Rạch lợp Km114+106, Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh

Hình 1.2 Gỉ dầm thép cầu Rạch lợp Km114+106, Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh 1.2.1.2 Đối với cầu bản bê tông cốt thép và cầu dầm bê tông cốt thép

Thường xảy ra các trường hợp sau:

- Bê tông bị vỡ để lộ cốt thép

- Hỏng dưới đáy bản bê tông và để lộ cốt thép

- hững vị trí trát vá bằng bê tông hoặc vữa xi măng xuất hiện các vết rạn nứt, bong tróc mố trụ cầu để lộ cốt thép

Hình 1.3 Hỏng dưới đáy bản bê tông và để lộ cốt thép, cầu Trà Cú Km163+93,

Quốc lộ 53, tỉnh Trà Vinh

Hình 1.4 Hỏng dưới đáy bản bê tông và để lộ cốt thép, cầu Rạch Lợp Km114+106,

Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh

Hình 1.5 Bong tróc bê tông mố trụ cầu để lộ cốt thép, cầu Rạch lợp Km114+106,

Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh

Hình 1.6 Hỏng dưới đáy bản bê tông và để lộ cốt thép, cầu Hàm Giang

Km155+800, Quốc lộ 53, tỉnh Trà Vinh 1.2.1.3 Đường đầu cầu, bản mặt cầu, khe co giãn, mố cầu

Thường xảy ra các trường hợp sau:

- ún sụt phần đắp đất sau mố, hỏng bản qúa độ, hư hỏng lớp mặt cầu đường tiếp giáp với cầu

- ầu đường bị sập, sạt lở mái ta luy, gia cố các đầu cầu bị hỏng

- ớp bê tông nhựa bản mặt cầu bong tróc nhiều mảng, các khe co dãn thiết kế

và thi công không tốt, trong quá trình khai thác bị biến dạng làm bong lớp mặt cầu

Hình 1.7 Hỏng bản mặt cầu, cầu Sông Giăng Km 32 + 650, đường tỉnh 914, tỉnh

Trà Vinh

Hình 1.8 Hỏng khe co giản , cầu Trà Cú Km163+93, Quốc lộ 53, tỉnh Trà Vinh

1.2.2 Phân t ch các nguy n nhân gây ra hƣ hỏng và các yếu tố làm xuống cấp các cầu đang khai thác

Sự phá hỏng của cầu do các nguyên nhân chính sau:

- Quá trình phá hủy vật liệu do tác động của môi trường, bão, lũ…

- hảo sát và thiết kế có sai sót

- Sai sót trong quá trình thi công

- Trong quá trình sử dụng, thiếu duy tu sửa chữa, khai thác quá tải

1.2.2.1 Các hư hỏng do quá trình phá hủy vật liệu do tác động của môi trường

a Sự phá hủy lý hóa của bê tông

Dạng hư hỏng này có thể xảy ra do các tác động bên ngoài hoặc do thành phần của bản thân bê tông Phản ứng hóa học phổ biến nhất xảy ra dưới tác dụng của sự ngậm nước và thẩm thấu nước Hiện tượng này sẽ kéo theo sự xuất hiện của sùi mặt thành mụn và vỡ mủn ác phá hủy này thường do một số các tác động sau:

- Sự hư hỏng do tác dụng cacbonat hóa bê tông

- Sự hư hỏng nguyên nhân do kiềm hóa

- Sự hư hỏng nguyên nhân do tác dụng của clorua và sunfat

- Sự xuống cấp của bê tông có nguồn gốc sinh học

b Sự hư hỏng do hiện tượng ăn mòn cốt thép trong bê tông

- ết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy chủ yếu bởi ăn mòn cốt thép Việc ăn mòn cốt thép sẽ dẫn đến nứt vỡ lớp bê tông bảo vệ phá hủy kết cấu iều kiện cần để cốt thép bắt đầu g là độ pH < 11 hoặc hàm lượng ion l- tự do vượt quá ngưỡng 0,2- 0,4% xi măng ác nguyên nhân chính gây ăn mòn thép trong bê tông như sau:

+ n mòn điện hóa: Quá trình đó gồm hai phần: Hòa tan anốt kim loại và phản ứng catôt

+ G cốt thép trong bê tông vùng bị nứt: hi mà bê tông có độ rỗng, không đủ chặt, bề dày lớp bảo vệ không đủ ngăn cản sự thấm nhập của ôxy lên bề mặt cốt thép

và cả những vùng không có vết nứt úc đó, anốt sẽ là bề mặt thép có lớp thụ động đã

bị g ngay tại vết nứt và catốt là bề mặt thép nằm trong bê tông

c Sự hư hỏng về nứt do co ngót bê tông

o ngót là hiện tượng thể tích thay đổi do mất độ ẩm, tỷ lệ /X càng cao, sự chênh lệch giữa mức co ngót ở mặt ngoài và bên trong tiết diện càng nhiều

1.2.2.2 Những hư hỏng do quá trình khảo sát, thiết kế

- Tính toán sai hoặc tính chưa đủ

- họn giải pháp kết cấu không tốt, không tôn trọng những nguyên tắc đảm bảo

an toàn công trình

a Những hư hỏng do tính toán kết cấu

- Việc lựa chọn sơ đồ tính toán kết cấu không đúng hoặc không chính xác, hoặc chưa lường hết được các yếu tố tác động xảy ra trong quá trình thi công cũng như quá trình khai thác công trình ột vài sai sót thường gặp là:

- Tính toán bản mặt cầu không đạt

- Tính toán về lực căng cáp dự ứng lực không chính xác

- Tính toán sai sót khi sự phân phối lại nội lực dưới tác dụng của các biến dạng khác nhau

b Những hư hỏng xảy ra lựa chọn giải pháp kết cấu không tốt

hi thiết kế một công trình, ngoài vấn đề phải tính toán đủ khả năng chịu lực theo yêu cầu thiết kế, cần thiết phải có sự lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý, nếu không

sẽ dẫn đến những hư hỏng mà nguyên nhân chính hoàn toàn do vấn đề lựa chọn về cấu tạo của kết cấu không hợp lý

1.2.2.3 Những hư hỏng liên quan đến thi công

- ông nghệ thi công thiếu sự kiểm soát ông tác quan trắc trong quá trình thi công không đầy đủ, do vậy kết cấu của công trình thi công bị lún, biến dạng hay dao động thì người kỹ sư cũng không có sự kiểm soát, vì vậy sự cố xảy ra mà không kịp thời phòng tránh goài ra, nhiều vấn đề cá biệt do kiến thức cơ học của người kỹ sư còn thiếu sót Quá trình thi công không theo đúng như tiêu chuẩn hướng dẫn như đối với đà giáo cần bắt buộc phải thử tải nhưng có những công trình lớn như nhịp dẫn cầu

ần Thơ đà giáo không được thử tải dẫn tới hậu quả nghiêm trọng Quá trình đóng cọc không kiểm tra dẫn đến chất lượng cọc được đóng không đủ Việc sử dụng vật liệu không đúng quy cách vẫn diễn ra nhiều: hư cầu Thanh Trì do mua xi măng có thành phần cao lanh Trung Quốc kém chất lượng nên xi măng không đạt yêu cầu chất lượng, cường độ ch đạt 20 Pa- 25 Pa Vì vậy sau khi thi công cọc khoan nhồi, tiến hành thi công bê tông D thì sự cố xảy ra, bê tông không đông, không đạt yêu cầu goài

ra, hiện tượng thanh lượn sóng bị g là phổ biến như tuyến Pháp Vân - ầu Giẽ

- Phần lớn các công trình xây dựng ở nước ta, cả những công trình bị sự cố và công trình chưa gặp sự cố, đều không đạt được các yêu cầu về chất lượng như thiết kế

và qui phạm yêu cầu Thí dụ, cường độ bê tông các công trình không đạt được cường

độ thiết kế; kết cấu thép không đạt yêu cầu, bị cong vênh, g , cường độ không đủ hất lượng công trình so với thiết kế không đạt do nhiều nguyên nhân gây ra như máy móc thiết bị, tay nghề công nhân nhưng chủ yếu vẫn là do công tác quản lý chất lượng thi công kém

- hất lượng thi công kém sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ của công trình, đòi hỏi các chi phí rất lớn để bảo dưỡng và sửa chữa sau này Vì vậy, chế độ bảo hành công

trình sau khi hoàn thành đối với bên thi công là cần thiết tuy nhiên, sự cố công trình

có thể xảy ra trong vài năm sau, vì vậy trong quản lý thi công, công tác chuẩn bị phải thận trọng và bài bản, phải có kế hoạch kiểm tra, kiểm soát, phòng ngừa chủ động và

dự kiến biện pháp xử lý khủng hoảng khi xảy ra tình huống xấu càng chu đáo càng tốt

a Sản xuất bê tông

hi sản xuất bê tông không tôn trọng công thức qui định, cho nước không đúng, sử dụng không đúng chất phụ gia, pha trộn không đúng nhiệt độ quy định hững sai sót này làm ảnh hưởng tới cường độ chịu lực của vật liệu, gây rỗ bề mặt tạo điều kiện đẩy nhanh tốc độ cacbônat hóa trong bê tông

b Cốt thép trong bê tông

hông tuân thủ chiều dày lớp bảo vệ, thép đặt không đảm bảo nên khi đổ bê tông bị di chuyển ác sai sót này ảnh hưởng tới khả năng chịu lực của kết cấu và là nguyên nhân gây g cốt thép

c Bố trí cốt thép trong ván khuôn và thi công căng kéo

Trong quá trình thi công có xảy ra các sai lệch về mặt hình học, có thể kể đến

sự lún cục bộ của ván khuôn, độ vồng ngược của dầm không thích hợp, các mối nối không đảm bảo, các sai lệch có liên quan đến chất lượng không đồng đều của bê tông,

sự chất tải hoặc kéo căng cốt thép không đối xứng ác thiếu sót này làm biến dạng thực tế của kết cấu khác xa so với tính toán

d Những sai sót trong quá trình thi công

ặt cốt thép không đúng quy cách, sai số về vị trí lớn, kê chèn không đủ cho chiều dày lớp bảo vệ theo dự định, không hàn các mối nối cốt thép, thiếu cốt thép chờ giữa các mối nối bê tông Tháo ván khuôn sớm dẫn đến biến dạng quá lớn, thậm chí gây nứt hững sai sót trên ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu lực của kết cấu, gây nứt bê tông và g cốt thép

1.2.2.4 Những hư hỏng trong quá trình khai thác sử dụng

- Trong quá trình sử dụng, những hư hỏng xảy ra thường do sự thay đổi điều kiện sử dụng, điều kiện môi trường, thiếu duy tu bảo dưỡng thường xuyên hững hư hỏng trong quá trình sử dụng phổ biến nhất là các hư hỏng về nứt ác vết nứt này là

do cấu kiện chịu quá tải, do lún không đều của công trình, do mỏi

- nh hưởng của xe quá tải đến công trình: Theo thực trạng hiện nay hầu hết trên các tuyến đường chúng ta thấy xe lưu hành có tổng trọng lớn hoặc có tải trọng trên trục lớn Xe nặng trên 30 tấn, áp lực trên trục vượt trên 12 tấn, thậm chí lớn hơn hiều xe vận tải hạng nặng có tổng trọng từ 30 tấn đến 50 tấn, thường xuyên được xếp quá tải đang lưu hành trên khắp mạng lưới quốc lộ và các tuyến đường địa phương, nơi

mà nhiều đoạn tuyến, công trình cầu ch được thiết kế với tiêu chuẩn tải trọng thấp hơn hoặc đã suy giảm khả năng chịu tải, phải cắm biển khống chế tải trọng

+ hi phí tạo nên giá thành vận chuyển hàng hoá do các xe chở hàng nặng thấp hơn nhiều so với chi phí tạo nên giá thành vận chuyển hàng hoá do các xe tải chở hàng nhẹ hính điều này giải thích tốc độ tăng trưởng khá nhanh của số lượng xe vận tải hạng nặng ở nước ta và tình trạng tận dụng, thậm chí còn tới mức lạm dụng, chuyên chở vượt quá trọng tải xe của các chủ phương tiện

- nh hưởng của nguồn vốn duy tu cầu hàng năm: Hiện nay nguồn vốn cấp để duy tu sử chữa cầu trong quá trình đưa vào khai thác sử dụng và đối chiếu theo theo định mức bảo trì đường bộ của Tổng ục đường bộ Việt am thì nguồn vốn cấp khoảng 40 – 50 so với định mức duy tu sửa chữa đề ra Do vậy đây là vấn đề ảnh hưởng lớn tiến độ chất lượng sửa chữa công trình cầu

* ết luận: Tất cả những nguyên nhân trên góp phần làm cho chất lượng kết cấu ban đầu đã kém lại giảm dần theo thời gian dẫn đến những hư hỏng công trình làm cho tuổi thọ công trình thấp, điều kiện khai thác khó khăn bị hạn chế thậm chí còn có công trình bị phá hoại hoàn toàn gây hậu quả nghiêm trọng ể khôi phục công trình được tốt tránh được những rủi ro cần có kế hoạch khảo sát kiểm tra thăm dò thường xuyên, đánh giá phân loại hư hỏng, tìm đúng nguyên nhân thì lúc đó mới đưa ra giải pháp sửa chữa phòng tránh hữu hiệu

1 3 ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG HƢ HỎNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN ĐỊA BÀN TỉNH TRÀ VINH

ết luận:

Hệ thống cầu trên dịa bàn t nh Trà Vinh được xây dựng qua nhiều thời kỳ, kết cấu đa dạng nhưng tập trung chủ yếu là vật liệu BT T, cầu nhịp giản đơn và nhịp bản Tải trọng cầu thấp và không đồng bộ trên các tuyến Tốc độ phát triển về đô thị hóa nông thôn, xây dựng đường giao thông những năm gần đây của Trà Vinh phát triển

nhanh, hệ thống cầu bộc lộ nhiều yếu tố không đảm bảo hiều cầu bị vượt tải, khổ cầu không đáp ứng lưu lượng thông xe Quá trình thiết kế thi công, duy tu bảo dưỡng ít dược quan tâm về mặt kỹ thuật Từ các đặc điểm đó hệ thống cầu đang bị hư hỏng nặng

ác hư hỏng chính tập trung vào nhịp cầu, bản mặt cầu và phần tiếp giáp đường vào cầu ác dạng hỏng chính là nứt dầm, tróc vỡ bê tông, r cốt thép gây rộp lớp bê tông bảo vệ, r sét dầm thép, hỏng khe co giãn, gãy lan can cầu , nứt bản, phần tiếp giáp giữa cầu và đường

Việc nghiên cứu đánh giá tình trạng hư hỏng của cầu BT T trên địa bàn t nh Trà Vinh là cần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp, các phương án nhằm sửa chữa, tăng cường năng lực chịu tải, kéo dài tuổi thộ công trình cầu trong điều kiện nền kinh

tế đất nước còn khó khăn không đủ để làm mới thay thế toàn bộ hay một phần của hệ

thống cầu này

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ ĐÁNH GIÁ CÔNG TRÌNH CẦU

VÀ CÁC BIỆN PHÁP SỬA CHỮA, GIA CỐ TĂNG CƯỜNG KẾT CẤU

NHỊP CẦU CŨ

2 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỰ HƯ HỎNG C A KẾT CẤU NHỊP

2.1.1 Hệ thống phân loại chất lượng kỹ thuật

ăn cứ vào hiện trạng hệ thống cầu trên mạng lưới giao thông đường bộ của Trà Vinh Tùy theo mức độ hư hỏng và tình trạng suy giảm các chức năng làm việc của công trình mà chất lượng kỹ thuật công trình được phân thành các loại như sau:

+ oại tốt: ầu không có dấu hiệu hư hỏng, đang trong tình trạng khai thác tốt + oại khá: ầu có những khuyết tật nhỏ nhưng không nguy hiểm, không bị suy yếu chức năng làm việc của kết cấu

+ oại trung bình: ầu có hư hỏng hoặc khuyết tật hiện chưa ảnh hưởng đến khả năng chịu tải nhưng về lâu dài thì có ảnh hưởng ần tiến hành theo dõi và tiến hành sửa chữa khi có yêu cầu

+ oại yếu: ầu có hư hỏng hoặc khuyết tật phát triển tới mức độ ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của cầu, chức năng của công trình bị giảm Rất nguy hiểm khi có ngoại lực tác động , làm công trình không thực hiện chức năng của mình ần sớm tiến hành các biện pháp sửa chữa

+ oại rất yếu: ông trình thuộc dạng này là công trình có hư hỏng hoặc khuyết tật nghiêm trọng, không an toàn cho vận tải và xã hội, cần sớm có biện pháp sửa chữa ngay

ăn cứ vào các tiêu chuẩn, ch tiêu nêu trên ta có thể phân loại cho các cầu cũ

bê tông cốt thép các tuyến đường Quốc ộ, đường t nh lộ

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA

2 2 1 Phương pháp kiểm tra tổng quát

Phương pháp kiểm tra tổng quát được thực hiện 3 năm/lần Phương tiện kiểm tra chủ yếu bằng mắt thường, vì vậy càng bao quát và bám sát (tiếp cận) kết cấu càng tốt

+ Yêu cầu:

iểm ra rà soát phát hiện các dạng hư hỏng nhìn thấy được

Dự đoán được xu hướng pháp triển của các loại hư hỏng trong công trình

+ ụ thể:

- Tiến hành kiểm tra các vết nứt

- iểm tra sự tróc mảng, rổ bê tông

- iểm tra về tình trạng lớp bê tông bảo vệ

- iểm tra về mức độ trung tính của lớp bê tông

ết quả của quá trình kiểm tra nhằm phân loại công trình, biết được công trình

xếp vào dạng nào ( Rất yếu, yếu, trung bình, khá, tốt)

2.2.2 Phương pháp kiểm tra chi tiết

Sau khi kiểm tra tổng quát, tiến hành kiểm tra chi tiết, bổ sung để đánh giá

chính xác cấp hạng công trình, từ đó có các ch định và sửa chữa tăng cường kịp thời

ội dung kiểm tra bao gồm:

- iểm tra ứng suất căng kéo cốt thép

- iểm tra cường độ của bê tông

- iểm tra tình trạng ứng suất, biến dạng của toàn bộ công trình (cần phải thử

tải)

Tiến hành hành kiểm tra chi tiết vào thời lúc mức độ vận tải cao nhất

ội dung cần kiểm tra: ứt do uốn, ứng suất, dao động, cường độ vật liệu, đo

đạc mặt cắt hiệu quả còn lại sau khi bị tróc mảng

2 2 3 Thử nghiệm cầu

ục đích chính của việc thử tải cầu là làm rõ đặc điểm làm việc thực tế của

công trình cầu nói chung cũng như các bộ phận riêng lẻ của cầu Việc kiểm định cầu

giúp phát hiện hư hỏng của cầu và tìm hiểu nguyên nhân hư hỏng, từ đó đưa ra các giải

pháp sửa chữa tăng cường nhằm đáp ứng điều kiện khai thác

ối với cầu mới, thử nghiệm cầu nhằm thu thập các số liệu ban đầu về các biến

dạng chung và biến dạng cục bộ, các độ võng, các chuyển vị của gối cầu, các chu kỳ

và biên độ giao động, trạng thái ứng suất những chỗ đặc trưng của kết cấu các số liệu

này sẽ được so sánh với các kết quả tính toán tương ứng húng được lưu giữ để làm

số liệu kiểm chứng cho thử tải lần sau

ối với cầu cũ, việc thử nghiệm cầu dùng để đánh giá hiệu quả sau khi việc

tăng cường sửa chữa kết cấu nhịp thực hiện xong Thử nghiệm cầu cũng được áp dụng

trong quá trình khai thác cầu, nhằm pháp hiện những thay đổi trong sự làm việc các bộ

phận của kết cấu

2.3 CÁC GIẢI PHÁP SỬA CHỮA TĂNG CƯỜNG CẦU

Tùy theo mục đích sửa chữa là để kéo dài tuổi thọ của kết cấu cầu hay để khôi

phục lại khả năng chịu lực như kết cấu ban đầu mà lựa chọn vật liệu, thiết bị và

phương pháp sửa chữa

ói chung công nghệ sửa chữa (Phương pháp, vật liệu và thiết bị) được chọn

tùy theo đặc điểm hư hỏng ó thể phân loại các hư hỏng như sau:

- hững hư hỏng không làm giảm cường độ và tuổi thọ của kết cấu ối với nhóm hư hỏng này ch cần sửa chữa khi bảo dưỡng thường xuyên, bảo dưỡng định kỳ

và khôi phục vẻ đẹp của kết cấu

- hững hư hỏng làm giảm cường độ của kết cấu ần phải dùng các loại vật liệu và công nghệ phù hợp để sửa chữa nhằm đảm bảo cường độ cho kết cấu

Hiện nay cùng với sự phát triển công nghệ của thế giới và nước ta đã và đang

áp dụng nhiều phương pháp khác nhau khi sửa chữa hư hỏng cầu bê tông cốt thép ỗi biện pháp có những ưu điểm nhất định, tuy nhiên cũng tồn tại nhiều hạn chế, phụ thuộc vào mức độ đầu tư và khả năng của đơn vị thi công Sau đây là một vài biện pháp sửa chữa điển hình đã áp dụng tại Việt am

2 3 1 Biện pháp sửa chữa bằng vật liệu truyền thống

Biện pháp sửa chữa này dùng vữa bê tông thường cốt liệu nhỏ để lấp vá các vết nứt, các vết vỡ bê tông nhằm mục đích đưa kết cấu về hình dạng ban đầu khi chưa hư hỏng, hạn chế bớt tốc độ phá hủy vật liệu do ảnh hưởng trực tiếp của môi trường và gây cảm giác về độ an toàn của kết cấu ác biện pháp này thường được thực hiện trong các công việc duy tu, sủa chữa nhỏ công trình, tuy nhiên thường không có hiệu quả Do co ngót và do dính bám không đủ giữa lớp bê tông cũ và lớp áo bê tông mới, nên các lớp áo mới đều dần dần bị bong ra, nước mưa và hơi ẩm tụ lại trong các khe

hở giữa 2 lớp bê tông cũ, mới gây tác hại xấu đến bê tông cũ và cốt thép ối với các kết cấu đang có xe, tàu qua lại gây rung động và biến dạng thì biện pháp sửa chữa này càng không có hiệu quả

Tuy nhiên, biện pháp này có một số nhược điểm ó là nếu sử dụng các vật liệu truyền thống (xi măng thường), thì việc nứt do co ngót là không thể tránh khỏi đối với kết cấu ặt khác, quá trình phun dù khô hay ướt đều đòi hỏi thiết bị kỹ thuật lớn và quy trình công nghệ chặt chẽ, hao hụt vật liệu trong quá trình thi công tương đối lớn

2 3 2 Biện pháp tăng cường tiết diện

ăn cứ vào từng trường hợp cụ thể, việc gia cố bằng phương pháp tăng cường tiết diện có thể thực hiện theo nhiều cách như sau:

- Tăng cường tiết diện bê tông;

- Tăng cường tiết diện cốt thép;

- Tăng cường tiết diện bê tông kết hợp với tăng cường tiết diện cốt thép

ếu mức độ tăng cường khả năng chịu lực của dầm không nhiều lắm thì ch cần tăng số lượng cốt thép chủ bằng cách hàn thêm một số cốt thép phụ vào những cốt thép chủ cũ của dầm, rồi trát vữa xi măng hay bê tông phun ó thể hàn trực tiếp cốt thép mới vào cốt thép cũ hoặc đặt một miếng nêm vào giữa chúng, miếng nêm này là đoạn

thép tròn, đường kính 10 – 30 mm, dài 8 – 20 cm; các đoạn hàn cách nhau khoảng 100cm hư vậy chiều cao của tiết diện được gia cường tăng lên 2 – 8 cm

ếu cần tăng cường khả năng chịu lực của dầm lên nhiều thì phải tăng chiều cao tiết diện dầm về phía dưới bằng cách đặt thêm cốt thép chủ mới, hàn vào cốt thép chủ cũ bằng các đoạn thép vai bò, thép đai đứng hoặc xiên

Bê tông ốp tăng cường tiết diện nên dùng bê tông có mác không nhỏ hơn mác

bê tông của kết cấu cũ Tùy theo điều kiện sử dụng công trình mà chọn loại xi măng và cốt liệu thích hợp hiều dày tối thiểu của phần bê tông ốp 30 – 40 mm khi dùng bê tông phun và không dưới 60mm khi đổ thủ công ộ sụt bê tông 3 – 4 cm khi sử dụng máy đầm và điều kiện dễ thao tác, 8 – 10 cm khi đầm bằng tay

Hình 2.1 Tăng cường tiết diện bê tông kết hợp với cốt thép

2 3 3 Biện pháp dán bản thép ngoài bổ sung

Biện pháp này thường được sử dụng cho cầu BT T thường, trong trường hợp cốt thép chủ ở khu vực chịu kéo bị g , đáy dầm có nhiều vết nứt theo phương thẳng đứng ở khu vực giữa chiều dài nhịp dầm Ở đây có thể kết hợp dán bản thép với việc

bổ sung cốt thép vào khu vực chịu kéo

guyên tắc cơ bản của phương pháp này là dán 1 hoặc 2 lớp các dải bản thép lên bề mặt bê tông đã được chuẩn bị tốt để khôi phục khả năng chống nứt, khả năng chịu mô men hoặc lực cắt của bộ phận kết cấu như dầm chủ, dầm ngang, bản mặt cầu

ó thể dán bản thép dọc theo đáy dầm để cải thiện khả năng chịu mô men và ngăn ngừa vết nứt ngang ó thể dán các bản thép nghiêng trên bề mặt thẳng đứng của thành dầm để tăng cường cho các cốt thép xiên và cốt đai chịu lực cắt và ngăn ngừa các vết nứt xiên ũng có thể dán các bản thép nằm ngang theo hướng ngang cầu ở đáy bản để tăng khả năng chịu lực của bản mặt cầu

ục đích chính của công nghệ này là:

- hôi phục lại hoặc tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu

- Thay thế các cốt thép đã bố trí không đủ hoặc sai vị trí cần thiết

hất lượng của biện pháp này phụ thuộc vào:

- hả năng dính bám giữa bê tông và bản thép

ông nghệ dán bản thép có ưu điểm dễ thực hiện, giá thành không cao, thời gian ngừng giao thông không lâu Do bản thép ch tham gia chịu hoạt tải nên tăng được khả năng chịu lực không nhiều Rất khó có giải pháp để bản thép dán thêm tham gia chịu tĩnh tải

Tuy nhiên các chuyên gia khuyến cáo công nghệ này ch nên dùng cho các dầm

BT T thường Ở vùng momen âm muốn dán được bản thép phải bóc lớp phủ mặt cầu, dán xong bản thép mới phủ lại lớp phủ mặt cầu

ông nghệ được triển khai qua các bước dưới đây:

- Xác định các phần bê tông bị hư hỏng để tiến hành đục bỏ, xác định hiện trạng

g cốt thép và tiến hành tẩy sạch g Trên cơ sở khảo sát, tính toán để phục hồi khả năng làm việc như thiết kế cũ hay gia cường để nâng cao khả năng chịu lực của dầm

để xác định loại và kích thước bản thép liên kết dán dưới bụng dầm

- Dọc theo chiều dài của bụng dầm, cần xác định các vị trí chôn cấy bulông và tiến hành hoan lỗ vào bê tông nền Sau đó làm sạch bề mặt các lỗ khoan, quét lớp tăng cường bám dính lên lỗ khoan và phần bulông chôn trong bê tông Bulông được định vị vào lỗ và nhồi vữa polymer để chôn bulông

2 3 4 Biện pháp dán tấm vật liệu composite

Trong những năm gần đây, phương pháp sửa chữa nâng cấp khả năng hoạt động

và sử dụng của công trình cũ bằng vật liệu sợi carbon composite (CFRP) công nghệ cao đã trở thành một giải pháp ưa dùng và hiệu quả, rất được thị trường xây dựng thế giới ưa chuộng chọn lựa để gia cố cho các công trình xây dựng bê tông cốt thép

Trước hiện trạng hư hỏng và xuống cấp của các công trình hiện nay, việc nghiên cứu về sửa chữa, cải tạo, nâng cấp công trình xây dựng là vấn đề rất cần thiết Thi công gia cố công trình bằng vật liệu sợi carbon composite (FRP -Fiber Reinfored Polymer) là một phương pháp mới đã được nghiên cứu và áp dụng tại các nước tiên tiến bắt đầu xuất hiện từ những năm 1990 Trong những năm gần đây thì việc ứng dụng sản phẩm này trong lĩnh vực gia cố các công trình xây dựng đã cho cho thấy nhiều ưu điểm nổi trội

Phương pháp mới này tận dụng được ưu điểm khả năng chịu lực rất cao của vật liệu cùng với sự tiện lợi khi thi công đã trở thành một giải pháp rất đáng chú ý khi chọn lựa để sửa chữa, gia cố cho các công trình bê tông cốt thép Phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP có rất nhiều ưu điểm như thi công đơn giản, nhanh chóng, không cần phải đập phá kết cấu, không cần sử dụng

coppha, đảm bảo giữ nguyên hình dạng kết cấu cũ, có tính thẩm mỹ cao, đặc biệt là với các công trình đòi hỏi khả năng chống thấm và ăn mòn cao

Với khả năng cường độ chịu kéo rất cao, môđun đàn hồi rất lớn, các tấm vật liệu composite được dán bên ngoài bổ sung lên bề mặt bê tông của kết cấu cũ để sửa chữa, gia cố, nâng cấp cải tạo các công trình húng ta có thể sử dụng vật liệu FRP trong những trường hợp sau đây :

- Tăng khả năng chịu cắt và chịu uốn của dầm bê tông cốt thép đểsửa chữa, gia cốvà tăng cường khả năng chịu tải động

- Tăng cường khả năng chịu uốn của sàn bê tông cốt thép tại vùng có mô men dương và mô men âm

- Tăng khả năng chịu uốn và bó cột bê tông cốt thép để tăng cường khả năng chịu lực và chịu tải động

- Tăng cường khả năng chịu cắt, uốn và kéo

- Do vật liệu FRP có khả năng chịu kéo cao và mềm nên phù hợp với những kết cấu chịu động đất

- hả năng chống lại các tác nhân môi trường cao

- Tăng cường khả năng chịu phá hoại mỏi

- Giảm khả năng biến dạng (uốn) của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng thiết

kế và sử dụng

ục đích chính của công nghệ này là:

- hôi phục lại hoặc tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu

- Gia tăng độ dẻo cho cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng trùng lặp

- hất lượng của biện pháp này phụ thuộc vào

- hả năng dính bám giữa bê tông và tấm vật liệu composite

* u điểm

u điểm của phương pháp sửa chữa, gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm CFRP được thể hiện rõ ở hai mặt đó là ưu điểm của vật liệu CFRP và ưu điểm của phương pháp thi công lắp đặt tấm CFRP

hờ tận dụng được các tính chất ưu việt của vật liệu CFRP như khả năng chịu lực và mô đun đàn hồi rất cao, khối lượng nhẹ, có tính chống ăn mòn cao, cách điện, cách nhiệt tốt và đặc biệt có khả năng đồng nhất làm việc với các kết cấu làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, thép gỗ… đã giúp cho phương pháp sửa chữa, gia cố kết cấu bằng tấm FRP trở thành một giải pháp chọn lựa tốt khi chọn phương án sửa chữa, gia

cố công trình ặt khác, do vật liệu CFRP được sản xuất đa dạng về chủng loại sợi và được dệt theo nhiều dạng khác nhau nên có thể dễ dạng chọn lựa chủng loại FRP giúp tiết kiệm được vật liệu

goài ra, phương pháp thi công lắp đặt tấm FRP cũng rất dễ dàng, không đòi hỏi phải cần thiết nhiều nhân công, máy móc thiết bị Quá trình thi công diễn ra nhanh chóng, ít bị chú ý nên giải quyết được vấn đề thi công sửa chữa khi công trình vẫn đang hoạt động hối lượng gia cố cũng rất nhỏ, không đáng kể, công trình nhanh đi vào hoạt động sau khi sửa chữa, gia cố

goài các ưu điểm trên, phương pháp sửa chữa, gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm FRP còn làm cho cấu kiện cần sửa chữa, gia cố không tăng kích thước tiết diện, không làm thay đổi đến mỹ quan công trình, không ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình

ết hợp ưu điểm của vật liệu và ưu điểm của phương pháp thi công đã làm cho phương pháp sửa chữa, gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm CFRP vượt trội hơn các phương pháp khác và trở thành một giải pháp hàng đầu khi sửa chữa, gia cố công trình

Tuy nhiên, tại V cũng chưa có đánh giá cụ thể về hiệu quả tăng cường kết cấu bằng vật liệu cốt sợi tại Việt am ác keo sử dụng dán vật liệu sợi carbon và sợi thủy tinh tại V hầu hết có độ nhớt cao, khó đảm bảo chất lượng đồng đều và phụ thuộc vào trình độ thao tác của công nhân Hầu hết các keo đã sử dụng dán tại Việt am yêu cầu độ ẩm bề mặt bê tông thấp

hông ch có vậy, hiện tại Việt am cũng chưa có tiêu chuẩn hay ch dẫn thiết

kế, thi công trong tăng cường kết cấu sử dụng vật liệu cốt sợi cường độ cao và chưa có định mức dự toán cho công tác tăng cường kết cấu sử dụng loại vật liệu này ác nhà thầu thi công cũng chưa có nhiều kinh nghiệm về việc sử dụng loại vật liệu mới này

Hình 2.2 Dán tấm CFRP tăng cường khả năng chịu lực dầm cầu

2 3 5 Biện pháp đặt th m cốt thép dự ứng lực ngoài

Phương pháp dự ứng lực ngoài là dùng cáp dự ứng lực bổ sung cốt thép chịu kéo và làm tăng đặc trưng hình học của tiết diện các công trình cầu cũ để khắc phục những hư hỏng làm giảm khả năng chịu uốn và chịu cắt hoặc để tăng thêm tải trọng khai thác so với tải trọng thiết kế

ốt thép dự ứng lực ngoài bổ sung thường được đặt sao cho tạo ra dự ứng lực nén đúng tâm hoặc dự ứng lực nén lệch tâm trên mặt cắt ngang tùy theo ý đồ thiết kế

ốt thép này bao gồm các cáp thép sợi xoắn cường độ cao ghép lại, được đặt trong ống bảo vệ bằng polyêtylen mật độ cao

Tiến hành đặt hệ cáp ngang, các bó cáp dự ứng lực sẽ liên kết các phiến dầm lại với nhau, khi độ cứng của hệ tăng lên, sự phân bố tải trọng trong toàn hệ sẽ được cải thiện

Trường hợp đặt cáp dọc theo dầm chủ:

Tăng khả năng chịu moment uốn khi có tải trọng tác dụng

iên tục hóa các dầm giản đơn thành dầm liên tục, phân bố lại nội lực

àm hạn chế sự phát triển vết nứt trong hệ dầm

ể liên kết cốt thép vào dầm cũ cần phải tạo ra các ụ neo ngoài bổ sung bằng thép hoặc bê tông cốt thép n toàn nhất là làm các ụ neo bê tông cốt thép đúc bê tông tại chỗ dính vào bề mặt bê tông sườn dầm hoặc đáy dầm cũ ác thanh này đặt nằm ngang cầu và được kéo căng bằng kích đặc biệt Ở những vị trí chuyển hướng của cáp

dự ứng lực ngoài phải làm các ụ chuyển hướng có cấu tạo tương tự ụ neo

* Trình tự thực hiện thi công công nghệ này như sau

- ắp dựng đà giáo, sàn đạo, đảm bảo an toàn thuận tiện cho thi công Sai số cho phép khi nắn hàn phải tuân theo quy định của quy trình gia công chế tạo thép ắp dựng đà giáo sàn đạo để có mặt bằng thi công những công việc tiếp theo

- huẩn bị thi công dự ứng lực ngoài: Trước khi thi công dự ứng lực ngoài

ngoài thì phải xem xét vị trí bong tróc bê tông, các vết trám vá bằng vữa trước đây được đục bỏ và làm sạch sau đó trát bằng vữa Polyme; hoan lỗ dọc theo các vết nứt, thổi và làm vệ sinh sạch sẽ lỗ khoan, gắn các ống nối và bơm keo epoxy vào vết nứt

- Thi công dự ứng lực ngoài của dầm:

+ Thi công ụ neo và ụ chuyển hướng: ể phù hợp với không gian thi công chật hẹp phải sử dụng các thiết bị đổ bê tông, đầm rung gọn nhẹ hi đổ bê tông tại chỗ các cấu kiện ch làm nhám bề mặt bê tông cũ, còn khi lắp đặt cầu kiện bê tông đúc sẵn thì phải làm nhám cả hai mặt tiếp xúc ngoài ra còn phải có lớp vữa đệm làm phẳng

+ ăng kéo cáp dự ứng lực: ông việc trước là công đoạn quan trọng nhất Vì vậy khi thực hiện căng kéo dự ứng lực có thể phải có người kiểm tra các vết nứt, phát triển chuyển vị dọc của vấu néo, chuyển vị thẳng đứng của vấu chuyển hướng, trạng thái của ống dẫn bảo vệ cáp Sau khi kéo căng cốt thép xong cần phải tiêm vữa lấp lòng ống chứa cốt thép

* hi dùng phương pháp đặt cốt thép dự ứng lực ngoài cần một số các loại vật liệu chính sau:

- ốt thép dự ứng lực: ó thể dùng cốt thép cường độ cao dạng các sợi đơn, bó xoắn hoặc tùy theo yêu cầu thiết kế, những loại cốt thép dự ứng lực phải có biện pháp chống g bằng phương pháp đặt bó cáp trong ống kín bằng chất dẻo hoặc bằng thép, hoặc dùng bó cáp mạ kẽm

- ấu neo: ấu neo được tùy chọn theo loại cốt thép dự ứng lực và loại kích dùng để kéo căng, thường các loại vật tư thiết bị này được các hãng lớn cung cấp đồng

bộ, cần chú ý mấu neo được chọn phải chịu được lực căng cộng thêm trong suốt thời gian sử dụng công trình

ng chứa cốt thép dự ứng lực: Trong kết cấu dự ứng lực ngoài người ta sử dụng loại ống chứa cáp cứng chống thấm và bền hơn loại ống chứa cáp trong kết cấu dự ứng lực trong Hiện nay người ta thường sử dụng loại ống có sợi các bon, độ dày và khả năng bảo vệ của ống được chọn tùy theo loại cốt thép dự ứng lực, chất lượng vữa tiêm lấp lòng ống và điều kiện môi trường của công trình, bề mặt ngoài của ống được quét sơn chống ăn mòn, ống chưa cốt thép dự ứng lực trực tiếp tiếp xúc với môi trường bên ngoài, nó được nối một cách hợp lý với các neo và ụ chuyển hướng

Vật liệu vữa tiêm lấp lòng ống: ng bao quanh cốt thép tạo lớp chống ăn mòn

cơ bản cho cốt thép dự ứng lực, lớp vữa xi măng tiêm đầy ống góp phần bảo vệ cốt thép Xi măng, chất phụ gia, cốt liệu mịn cần phải được lựa chọn phù hợp với các tính chất cường độ, khả năng bảo vệ và điều kiện thi công, hỗn hợp vữa lỏng được lấp đầy hoàn toàn vào khoảng trống giữa cốt thép và ống chứa

u điểm của phương pháp dự ứng lực ngoài là khả năng tạo ra trạng thái phân

bố lại nội lực và biến dạng trên kết cấu của vật liệu già nua đã mất mát quá nhiều tính chất khôi phục của biến dạng đàn hồi làm cho khả năng chịu lực của kết cấu cũ sẽ được nâng lên một cách có hiệu quả Tuy nhiên, phương pháp này còn có một số khó khăn hạn chế, đó là:

hi tạo ra mấu neo ngoài để căng cáp dự ứng lực, đòi hỏi mấu neo phải không

bị biến dạng trong quá trình chịu lực trong khi mấu neo lại phải bố trí trên nền vật liệu

bê tông cũ, cường độ chịu lực thường là kém, đây chính là một khó khăn, bên cạnh đó còn có vấn đề khi bố trí mấu neo có thể sẽ phá hủy một số cốt thép chịu lực, làm suy yếu trạng thái chịu lực của kết cấu cũ

Việc bố trí cốt thép dự ứng lực ngoài nhằm tạo ra nội lực trong kết cấu ngược với nội lực trong quá trình khai thác Do đó, lại tạo ra ứng suất kéo ở thớ chịu nén khi chịu lực trong quá trình khai thác nên dễ gây nứt đối với thớ này ể khắc phục nhược điểm trên, đối với cầu cũ do khó biết được chính xác khả năng chịu lực còn lại của kết cấu cũng như sơ đồ bố trí cốt thép, nên thông thường người ta tạo dự ứng lực ngoài ngay tại lõi tiết diện, để sao cho trên toàn bộ tiết diện ch có một lực nén, như thế sẽ gây ra lực nén quá lớn tại thớ chịu nén trong quá trình khai thác và làm hạn chế khả năng của dự ứng lực ngoài

Hình 2.3 Tăng cường cáp dự ứng lực ngoài

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN SỬA CHỮA TĂNG CƯỜNG CẦU BTCT THƯỜNG ÁP D NG CHO CẦU CÂY GÁO KM14+772,ĐƯỜNG ĐT912

3.1 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN SỬA CHỮA TĂNG CƯỜNG CẦU BTCT THƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI ÁP D NG CHO CẦU CÂY GÁO KM14+772, ĐƯỜNG ĐT 912

3.1.1 Tổng quan về công nghệ tăng cường cáp dự ứng lực cho dầm cầu b tông cốt thép

Tác dụng của phương án này là sử dụng các lực căng trong bó thép dự ứng lực

để tạo ứng suất ngược dấu trong kết cấu nhịp cầu, dưới tác dụng của hoạt tải thiết kế theo quy mô dự án, phần tĩnh tải chất thêm và các trị số tăng thêm do hoạt tải thiết kế gây ra sẽ được triệt tiêu, làm tăng khả năng chịu tải trong trạng thái giới hạn sử dụng của kết cấu goài ra, tác dụng của dự ứng lực ngoài cũng làm tăng trạng thái giới hạn cường độ của kết cấu ối với trạng thái giới hạn cường độ khi kiểm toán theo lực cắt Theo phương án bố trí này, để đảm bảo khả năng thi công, để có thể bố trí được kích tại điểm neo, phần đầu dầm không được tăng khả năng chịu cắt lên nhiều nên trong quá trình tính toán chi tiết, nếu kiểm tra độ dư thừa về khả năng chịu cắt của kết cấu nhịp mà không đủ thì sẽ bổ sung thêm biện pháp tăng cường sức kháng cắt tại đầu dầm

Phương án này có đặc điểm là tạo hiệu quả tăng cường nâng cấp kết cấu nhịp rõ rệt, khả năng thi công phù hợp với các đơn vị thi công trong nước, đặc biệt là các đơn

vị thi công nhỏ do tính chất của công trình nhỏ vẫn có thể đáp ứng được các yêu cầu

về khả năng thi công và trình độ kỹ thuật Giá thành của phương án không quá cao cũng như vật liệu sử dụng cũng không khan hiếm ở thị trường trong nước

3.1.2 Các bộ phận kết cấu chính

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí hệ thống cáp dự ứng lực ngoài