Đề xuất biện pháp nâng cấp cầu Thanh Nguyên KM8+050 HL16 Trà Vinh dựa vào kết quả đánh giá thực nghiệm trạng thái kỹ thuật cầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --- NGUYỄN TẤN ÊM ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN KM8+050 HL16 TRÀ VINH DỰA VÀO KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM TRẠNG THÁI KỸ... ĐỀ XUẤ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN TẤN ÊM

ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN KM8+050 HL16 TRÀ VINH DỰA VÀO KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM TRẠNG THÁI KỸ

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Cao Văn Lâm

Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Xuân Toản

Phản biện 2: TS Trần Đình Quảng

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông họp tại trường Đại học Trà Vinh vào ngày 23 tháng 11 năm

2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

1

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô giáo trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung và quý Thầy Cô trong Khoa Xây dựng Cầu Đường, trong bộ môn Cầu Hầm nói riêng Cảm ơn Thầy Cô đã tận tình dạy dỗ và chỉ bảo tôi trong suốt 2 năm học vừa qua

Tôi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Cao Văn Lâm – người đã định hướng, giúp đỡ tận tình tôi trong suốt thời gian hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi Tôi rất mong sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô để đề tài được hoàn thiện hơn và để tôi vững vàng hơn khi tiếp xúc với công việc sau này

Lời cuối cùng, tôi xin kính chúc quý Thầy Cô luôn mạnh khỏe

Trà Vinh, ngày 05 tháng 12 năm 2019

Học viên thực hiện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Cao Văn Lâm là đề tài làm mới, không sao chép hay trùng với đề tài nào đã thực hiện, chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã nêu trong báo cáo

Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Nếu sai, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Nguyễn Tấn Êm

ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN KM8+050 HL16 TRÀ VINH DỰA VÀO KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CẦU

Học viên: Nguyễn Tấn Êm Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây

dựng Công trình Giao thông Mã số: 85.80.205 Khóa: K36

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt - Trên thế giới nói chung hay ở Việt Nam nói riêng, cụ

thể là trên địa bàn tỉnh Trà Vinh thì việc xây dựng mới cơ sở hạ tầng với nguồn kinh phí hạn chế là rất khó khăn Nên việc tìm hiểu các biện pháp nâng cấp cầu để đồng bộ hóa tải trọng là nhu cầu rất cần thiết Trong thực tế, có nhiều biện pháp nâng cấp cầu được sử dụng như: căng cáp dự ứng lực ngoài, dán bản thép, dán vật liệu composite, mở rộng tăng cường tiết diện Tuy nhiên, việc nghiên cứu biện pháp nâng cấp cầu tối ưu nhất chưa được kỹ lưỡng Vì vậy, tác giả đi sâu tìm hiểu, đánh giá hiệu quả của các biện pháp nâng cấp trên cầu thực tế Đầu tiên, tác giả tiến hành kiểm định cầu cũ để đánh giá trạng thái kỹ thuật của cầu Sau đó, tiến hành tính toán các biện pháp nâng cấp cầu, so sánh tính hiệu quả của mỗi biện pháp để đề xuất biện pháp nâng cấp phù hợp nhất Kết quả này sẽ góp phần bổ sung vào kho dữ liệu về các biện pháp gia cường cầu Đây là tiền đề để có sự so sánh cũng như lựa chọn các biện pháp nâng cấp cầu trong tương lai

Từ khóa - biện pháp nâng cấp; bê tông cốt thép; composite, dự

ứng lực, kiểm định cầu

A SUGGESTION ON UPGRADING METHOD FOR THANH NGUYEN KM8+050 HL16 BRIDGE IN TRA VINH PROVINCE BASED ON EXPERIMENTAL ASSESSMENT

RESULTS OF TECHNICAL BRIDGE STATUS

Abstract - Either in all over the world or Vietnam, particularly in

Tra Vinh province, the construction of new infrastructure with limited budget is very difficult Therefore, it is necessary to find measures to upgrade the bridge to synchronize the capacity In fact, there are many methods to upgrade bridge such as external prestressing cable tensioning, steel plate gluing, composite material gluing, cross-section maximization However, there was not any insight optimal method to upgrade bridges Therefore, the author made a deep research to assesses the effectiveness of upgrading measures on actual bridges Firstly, the author conducted a test on old bridge to assess the technical bridge state Secondly, there was the calculation of methods to upgrade the bridge as well as compare the effectiveness of each measure to find the most appropriate upgrading procedure This result will be added to the strengthening methods data This will be a premise for making comparison and selection of upgrading measures in the future

Key words - upgrading method, reinforced concrete, composite,

prestressed, bridge testing

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Việc phát triển mạng lưới giao thông là điều kiện tiền đề quan trọng để thúc đẩy phát triển kinh tế-xã hội Hiện nay, nước ta đang thực hiện quá trình chuyển đổi mô hình tăng trưởng, tái cấu trúc nền kinh tế nên việc xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng, trong

đó có việc phát triển mạng lưới giao thông một cách đồng bộ, hiện đại sẽ là yếu tố quan trọng thúc đẩy quá trình cơ cấu lại nền kinh tế, nâng cao hiệu quả, sức cạnh tranh của nền kinh tế

Tuy nhiên, Việt Nam có điều kiện thời tiết phức tạp, bất lợi cho công trình xây dựng nói chung và kết cấu bê tông cốt thép nói riêng Riêng ở tỉnh Trà Vinh, sự xâm thực mạnh của môi trường gây ra hiện tượng rỉ thép, bong tróc lớp bê tông bảo vệ và làm giảm sức chịu tải của hệ thống kết cấu chịu lực bằng bê tông cốt thép

Để phát triển mạng lưới hạ tầng giao thông, song song với việc xây dựng mới thì việc duy trì sửa chữa các công trình cũ phải được chú trọng phù hợp với định hướng phát triển hạ tầng giao thông Hằng năm, luôn có rất nhiều nguồn ngân sách để phục vụ cho việc này, tuy nhiên vẫn chưa đủ để đáp ứng cho số lượng lớn cầu cũ ở nước ta

Cụ thể hiện trạng cơ sở hạ tầng giao thông trên địa bàn tỉnh Trà Vinh với mạng lưới đường đi qua gồm: Quốc lộ 53, Quốc lộ

54, Quốc lộ 60, hệ thống mạng lưới đường tỉnh từ Đường tỉnh

911, Đường tỉnh 912, Đường tỉnh 913, Đường tỉnh 914, Đường tỉnh 915, Đường tỉnh 915B và các đường huyện (Hương lộ 1… Hương lộ 51, Hương lộ 81) Trong đó:

+ Trên các tuyến đường tỉnh có 34 cây cầu, với tổng chiều dài 2.257,7m, chủ yếu có kết cấu bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép dự ứng lực, thép,… một số cầu có tải trọng chưa đồng bộ với

Hình 0.1: Cầu Thanh Nguyên

Dựa vào nguồn vốn hiện có và số lượng lớn cầu cũ ở nước ta thì việc lựa chọn các biện pháp gia cường để nâng cấp các kết cấu công trình cầu là rất phù hợp Hiện nay có rất nhiều biện pháp gia cường cầu như: gia cường bằng cáp DƯL ngoài, gia cường bằng bản thép, gia cường bằng vật liệu composite và gia cường bằng tăng cường tiết diện Để có cơ sở lựa chọn biện pháp nâng cấp thì cần phải biết trạng thái kỹ thuật của cầu

Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu biện pháp nâng cấp cầu Thanh Nguyên nhằm đảm bảo sự lưu thông xuyên suốt và sự đồng bộ về tải trọng trên tuyến là hết sức cần thiết Và đó là cơ sở

để tiến hành nâng cấp cầu yếu trên địa bàn tỉnh Vì vậy nên em

chọn đề tài “Đề xuất biện pháp nâng cấp cầu Thanh Nguyên

Km8+050 HL16 Trà Vinh dựa trên kết quả đánh giá thực nghiệm trạng thái kỹ thuật cầu” là phù hợp với nhu cầu thực tiễn của tỉnh

Trà Vinh

2 Đối tượng nghiên cứu:

- Các phương pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật công trình cầu

- Các công nghệ gia cường cầu

3 Phạm vi nghiên cứu:

- Cầu Thanh Nguyên, huyện lộ 16, Tỉnh Trà Vinh

- Nghiên cứu các biện pháp và công nghệ gia cường cầu

- So sánh lựa chọn biện pháp phù hợp

4 Mục tiêu nghiên cứu:

- Đánh giá được trạng thái kỹ thuật của cầu Thanh Nguyên

- Đề xuất biện pháp gia cường phù hợp

5 Phương pháp nghiên cứu

- Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

6 Dự kiến kết cấu nội dung của luận văn:

Phần mở đầu

- L do chọn đề tài (sự cần thiết phải nghiên cứu)

- Đối tượng nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu

- Mục tiêu nghiên cứu

- hương pháp nghiên cứu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CÔNG TRÌNH CẦU

1.1 Tổng quan về cầu bê tông cốt thép thường

1.2 Cấu tạo cầu Thanh Nguyên

1.3 Tổng quan về các biện pháp nâng cấp công trình cầu hiện nay 1.4 Ưu và nhược điểm của các biện pháp nâng cấp công trình hiện nay

1.5 Những vấn đề còn gặp phải trong công tác sửa chữa gia cường cầu

Kết luận chương 1

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 hương pháp đánh giá trạng thái của cầu bằng thực nghiệm 2.2 Phân tích lựa chọn tải trọng cần nâng cấp

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán nâng cấp công trình cầu

2.4 Kết quả tính toán nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên

Kết luận chương 2

Chương 3: ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN

3.1 hương pháp đo đạc thực nghiệm

3.2 Đánh giá trạng thái kỹ thuật của công trình cầu Thanh Nguyên 3.3 Đề xuất biện pháp nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên 3.4 Đánh giá hiệu quả của bài toán nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên

Kết luận chương 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG

CẤP CẦU

1.1 Tổng quan về cầu bê tơng cốt thép thường

1.2 Cấu tạo cầu Thanh Nguyên

Mặt cắt ngang dầm

Hình 1.1: Mặt cắt ngang cầu Hình 1.2: Mặt cắt ngang dầm

Cầu Thanh Nguyên đuợc thiết kế năm 1985 với tải trọng thiết kế H10 và X60 theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18-79 bằng cáp DUL căng trước với các nội dung sau:

- Chiều dài tồn cầu Ltc=32,3 m (kể cả chiều dày tường đỉnh)

+ Cầu gồm 3 nhịp 9,5+12,5+9,5, mỗi nhịp gồm 3 dầm BTCT DUL tiết diện chữ chữ nhật, chiều cao dầm H=0,85 m, khoảng cách tim các dầm chủ là 1,25 m

+ Trên mỗi nhịp biên có 4 dầm ngang, trên nhịp giữa có 5 dầm ngang

1.3 Các iện pháp gia cường của cầu c hiện nay:

1.3.1 Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài:

1.3.2.2 Nguyên tắc cấu tạo

1.3.3 Gia cường bằng vật liệu Composite

1.4.3 Phương pháp gia cường bằng vật liệu composite

1.4.4 Phương pháp gia cường bằng tăng cường tiết diện

1.5 Những vấn đề còn gặp phải trong công tác sửa chữa gia cường cầu

Công tác quản l , duy tu, sữa chữa công trình một số vấn đề

mà ngành GTVT của các tỉnh, các Thành phố đảm nhiệm Tình trạng của các công trình cầu cũ đặc biệt là các công trình cầu BTCT thường ngày càng xuống cấp, gây trở ngại lớn cho vận tải Đòi hỏi công tác duy tu, sửa chữa và gia cường cầu là hết sức cấp thiết Song công tác này cho đến nay vẫn còn rất nhiều khó khăn, bất cập là do:

- Tổ chức cơ cấu quản l các công trình cầu đã bị xuống cấp, đặc biệt là các công trình cầu yếu, hư hỏng chưa có tính thống nhất rõ ràng, Nhiều địa phương quản l lỏng lẻo chòng chéo lên nhau, kiểm tra không thường xuyên, không đánh giá đúng mức độ

hư hỏng các công trình cầu theo đúng thực trạng, phương pháp kiểm tra và kỹ thuật chuẩn đoán còn lạc hậu

- Nguồn ngân sách hàng năm đầu tư cho công tác duy tu, sửa chữa còn hạn chế

- Cải tiến biện pháp thi công gia cường, sửa chữa còn nhiều hạn chế, bằng phương pháp thủ công là chủ yếu

- Lựa chọn các giải pháp gia cường, sửa chữa chưa thực sự mang lại tính kinh tế và hiệu quả cao

Từ những lý do trên, nhận thấy những vấn đề mà ngành GTVT cần quan tâm là:

- Tăng cường nguồn năng lực có trình độ chuyên môn về cơ chế quản l và phương pháp làm việc trong công tác quản l công trình, đặc biệt là các công trình cầu đang xuống cấp hư hỏng

- Nâng cao trình độ, kỹ thuật và áp dụng những công nghệ tiên tiến trong công tác sửa chữa, gia cường

- Khuyến khích nhiều nghiên cứu về các biện pháp gia cường bằng vật liệu mới và đề xuất các giải pháp một cách hợp l có

hiệu quả

Kết luận chương 1

- Trong chương 1 đã trình bày tổng quan về cầu bê tông cốt thép thường, cấu tạo cầu Thanh Nguyên, sợ lược về các biện pháp gia cường cầu cũ hiện nay và những vấn đề còn gặp phải trong công tác sửa chữa gia cường cầu

- Qua kết quả kiểm tra khảo sát cầu Thanh Nguyên tại Km 8+050 trên HL16 Trà Vinh có tải trọng cho phép nhỏ hơn tải trọng cho phép của tuyến, nên việc lựa chọn biện pháp gia cường để đồng bộ hóa tải trọng là hết sức cần thiệt Vì vậy trong chương 2, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu biện pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật và các biện pháp nâng cấp cầu Thanh Nguyên

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương pháp đánh giá trạng thái của cầu ằng thực

nghiệm

2.1.1 Các trường hợp cần đánh giá trạng thái của cầu

2.1.2 Các nội dung đo các khi thử tải cầu

2.1.3 Công tác chuẩn bị thử tải

2.2 Phân tích lựa chọn tải trọng cần nâng cấp

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán nâng cấp công trình cầu

2.3.1 Tính toán gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài

2.3.1.1 Tính toán gia cường sức kháng uốn

2.3.1.2 Tính toán gia cường sức kháng cắt

2.3.2 Tính toán gia cường bản thép

2.3.3 Tính toán gia cường vật liệu composite

2.3.4 Tính toán gia cường bằng tăng cường tiết diện

2.4 Kết quả tính toán nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên

2.4.1 Thử tải trọng tĩnh đối với công trình, phương pháp thử tải tĩnh

2.4.2 Phương pháp thử tải với tải trọng động

2.4.3 Tải trọng thử và các sơ đồ tải trọng

2.4.4 Các phương pháp đánh giá cầu

2.4.5 Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng

2.4.5.1 Đánh giá tải trọng thiết kế

2.4.6.3 Tính toán khả năng chịu tải C

2.4.7 Hiệu ứng tải trọng

- Từ cơ sở lý thuyết trên, tác giả sẽ tiến hành đo đạc thực nghiệm và đánh giá trạng thái kỹ thuật của cầu Từ đó, tiến hành tính toán, đánh giá hiệu quả của các biện pháp nâng cấp

và đề xuất biện pháp nâng cấp phù hợp

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP

CẦU THANH NGUYÊN 3.1 Phương pháp đo đạc thực nghiệm

3.1.1 Công tác chuẩn bị đo đạc tại hiện trường

3.1.2 Tải trọng thử và các sơ đồ xếp tải

+ Xếp xe đúng tâm (Sơ đồ A);

+ Xếp xe lệch tâm thượng lưu (Sơ đồ B);

+ Xếp xe lệch tâm hạ lưu (Sơ đồ C);

- Các thông số về tải trọng và kích thước xe thử nghiệm như sau:

Bảng 3.1: Thông số về kích thước và tải trọng xe thử nghiệm

+ a: Khoảng cách giữa hai trục

+ b: Khoảng cách tim hai bánh

+ P1, P2: Trọng lượng trục sau và trục trước

3.1.3 Bố trí điểm đo

- Đo độ võng của các dầm dọc tại mặt cắt giữa nhịp N1 theo

sơ đồ tải trọng 1 Trên mỗi dầm bố trí 1 điểm đo võng tại đáy dầm

Ký hiệu điểm đo là V1-V3 tương ứng với các dầm từ hạ lưu đến thượng lưu

Hình 3.7: Sơ đồ bố trí điểm đo võng dầm

Hình 3.7: Sơ đồ bố trí điểm đo võng dầm

- Kết quả đo độ võng của các dầm cho thấy quy luật phân bố ngang do hoạt tải thử ở các mặt cắt nhịp với sơ đồ 1A và 1B phù hợp với quy luật phân phối theo quy luật đòn bẩy

- Qua kết quả đo chuyển vị cho các thế tải đo, và tính toán hệ

số phân phối ngang của cầu cho thấy hệ thống liên kết ngang cầu còn tốt