Đánh giá hiệu quả phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu trong công tác kiểm định chất lượng công trình cầu tại việt nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA--- NGUYỄN TRỌNG TÍN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM KẾT CẤU TRONG CÔNG TÁC KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH CẦU TẠI VIỆT NAM Chuyên n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN TRỌNG TÍN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG

HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM KẾT CẤU TRONG CÔNG TÁC KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH CẦU TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Quản Lý Xây Dựng

Mã ngành: 8580302

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 TS Lê Hoài Long

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : NGUYỄN TRỌNG TÍN MSHV : 1870313

Ngày sinh : 01 / 08 / 1995 Nơi sinh : Cần Thơ

Chuyên ngành : Quản lý xây dựng Mã số : 60 58 03 02

I TÊN ĐỀ TÀI:

Đánh giá hiệu quả sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu trong công tác kiểm định chất lượng công trình cầu tại Việt Nam

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Tổng quan về công trình cầu, công tác kiểm định và thử tải cầu tại Việt Nam

 Trình bày tổng quan về phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS trong công tác kiểm định chất lượng công trình cầu

 Phân tích các tiêu chí và mức độ ảnh hưởng của các tiêu chí đánh giá sự hiệu quả khi áp dụng phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS trong công tác kiểm định công trình cầu tại Việt Nam

 So sánh phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS với phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo

 Kiến nghị các biện pháp nhằm cải thiện và nâng cao hiệu quả công tác kiểm định chất lượng công trình cầu tại Việt Nam

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03 / 08 / 2020

Đầu tiên, tôi xin chân thành biết ơn đến thầy PGS.TS Phạm Hồng Luân đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình cho tôi để hoàn thành được luận văn này

Tôi xin cảm ơn các thầy cô bộ môn Quản lý xây dựng đã giảng dạy nhiệt huyết, giúp tôi có nhiều kiến thức hữu ích trong lĩnh vực nghề nghiệp

Tôi xin gởi lời cảm ơn đến các anh chị đồng nghiệp, các bạn trong lớp Quản

lý xây dựng đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong quá trình thu thập dữ liệu nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn các anh chị đồng nghiệp làm việc tại công ty TNHH Thế Giới Kỹ Thuật đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể thực hiện luận văn này

Và cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn tin tưởng và tạo động lực cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM, ngày 10 tháng 09 năm 2020

Nguyễn Trọng Tín

Giao thông vận tải Việt Nam đang được đầu tư phát triển mạnh với số lượng rất lớn các công trình cầu được xây mới nhằm phục vụ ch hệ thống đường cao tốc

và đường sắt đô thị Bên cạnh đó, sự cấp thiết cần phải kiểm tra của một số lượng lớn cầu yếu, cầu cũ trong mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam là rất rõ ràng và cấp bách Kiểm định cầu là công tác có vai trò thiết yếu để đánh giá năng lực chịu tải của các công trình cầu mới hay cũ đó Mà trong đó, thử tải công trình là hạng mục có tính chất quyết định nhất Qua việc tổng hợp tài liệu, luận văn cho thấy tình hình các công trình cầu và công tác kiểm định cầu ở Việt Nam còn nhiều hạn chế Luận văn nghiên cứu đánh giá sự hiệu quả khi áp dụng phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS vào công tác kiểm định chất lượng công trình cầu tại Việt Nam, nhằm góp phần nâng cao hiệu quả công tác kiểm định cầu và chất lượng công trình cầu tại Việt Nam, đạt được các lợi ích về kinh tế và kỹ thuật

Với 20 tiêu chí đánh giá sự hiệu quả của phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS được đưa ra ban đầu, một bộ dữ liệu khảo sát được thu thập Luận văn sử dụng các phương pháp: phân tích thống kê, kiểm định độ tin cậy Cronbach’s Alpha, phân tích nhân tố khám phá EFA, hệ số tương quan Pearson và

mô hình hồi quy đa biến và thu thập số liệu hiện trường 03 nhóm tiêu chí được xác định có ảnh hưởng tích cực đến sự hiệu quả của phương pháp thử nghiệm bằng hệ thống BDI – STS gồm: Tối ưu hóa; Kỹ thuật và Thời gian; Đơn giản và An toàn Một mô hình hồi quy đa biến thể hiện mức độ đóng góp của các tiêu chí đến hiệu quả của phương pháp sử dụng hệ thống BDI – STS được xác lập Các tiêu chí sau khi phân tích mức độ tác động đến hiệu quả sử dụng phương pháp được thu thập dữ liệu để so sánh giữa phương pháp thử nghiệm sử dụng hệ thống BDI – STS và phương pháp thử nghiệm truyền thống sử dụng đồng hồ đo Kết quả so sánh cho thấy cụ thể sự hiệu quả khi áp dụng phương pháp tại thực tế công trình

Kết quả nghiên cứu mang lại cho các bên tham gia dự án kiểm định cầu một cái nhìn tổng quát về sự hiệu quả khi áp dụng hệ thống thử nghiệm BDI – STS Góp phần làm đa dạng phương pháp thực hiện thử nghiệm cầu tại Việt Nam

Transport of Vietnam is being invested and developed strongly with a large number of newly built bridges In addition, the need to check of a large number of weak and old bridges in Viet Nam is clear and urgent Quality inspection is an important task to evaluate the load capacity of bridges In that, the load testing is the most decisive item through the synthesis of documents, the thesis shows that the situation of bridge constructions and bridge inspection in Vietnam is still has many limitations The thesis evaluated the effectiveness when applying the method of using the BDI - STS structure testing system in the quality testing of bridge constructions in Vietnam, in order to contribute to improving the efficiency of inspection and quality of bridge constructions in Vietnam, achieving economic and technical benefits

With 20 criteria to evaluate the effectiveness of the method using the BDI - STS structure testing system, which was originally launched, survey data were collected The thesis uses methods: statistical analysis, Cronbach’s Alpha reliability test, EFA discovery factor analysis, Pearson correlation coefficient and multivariate regression model 03 groups of criteria have been identified that have a positive effect on the effectiveness of the test method using the BDI - STS system, including: Optimization; Technical and time; Simple and Safe A multivariate regression model showing the contribution of criteria to the effectiveness of the method using the BDI - STS system was established The criteria after being analyzed have an impact on the effectiveness of the data collection method for comparison between the test method using the BDI - STS system and the traditional test method using gauges The comparative results show the specific efficiency when using the method in practice of bridge verification works

The research results give participants of the bridge inspection project an overview of the effectiveness of the BDI - STS testing system Contribute to a variety of methods of conducting bridge testing in Vietnam

Tôi xin cam đoan rằng luận văn này hoàn toàn do tôi thực hiện

Tất cả các tài liệu tham khảo, trích dẫn, số liệu tham khảo đều trung thực và chính xác, có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả được phân tích và nhận định dựa trên phạm vi kiến thức của cá nhân tôi Tất cả số liệu và kết quả hoàn toàn không lấy từ bất kỳ nghiên cứu nào của người khác

Tp.HCM, ngày 10 tháng 09 năm 2020

Nguyễn Trọng Tín

1.1 NHU CẦU KIỂM ĐỊNH CẦU 1

1.2 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: 4

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 4

1.4.3 Dữ liệu nghiên cứu: 4

1.5 ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI 4

1.5.1 Đóng góp về mặt thực tiễn 4

1.5.2 Đóng góp về mặt học thuật: 5

1.6 TỔNG KẾT CHƯƠNG 1 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH CẦU 6

2.1.1 Định nghĩa công trình cầu 6

2.1.2 Đặc điểm công trình cầu 6

2.1.3 Công trình cầu tại Việt Nam 7

2.1.4 Quản lý và khai thác công trình cầu tại Việt Nam 8

2.2 KIỂM ĐỊNH CẦU 9

2.2.1 Sự xuống cấp của công trình cầu 9

2.2.2 Kiểm định cầu 10

2.2.3 Nội dung của kiểm định cầu 10

2.2.4 Đặc điểm của kiểm định cầu 10

2.2.4.1 Tính toán khả năng chịu tải công trình 10

2.2.4.2 Đối tượng kiểm định cầu 11

2.2.4.3 Quy định về kiểm định cầu ở Việt Nam và Thế giới 12

2.3 THỬ TẢI CÔNG TRÌNH CẦU 13

2.3.3 Nội dung công tác thử tải công trình cầu 14

2.4 PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI TRUYỀN THỐNG SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO (INDICATOR) 15

2.4.1 Giới thiệu 15

2.4.2 Định nghĩa 16

2.4.3 Thiết bị 16

2.4.4 Lắp đặt thiết bị và thu thập số liệu 16

2.4.4.1 Đo độ võng 16

2.4.4.2 Đo ứng suất 17

2.4.4.3 Bố trí điểm đo 18

2.4.4.4 Ghi nhận số liệu 19

2.4.5 Một số đặc điểm 19

2.5 PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI SỬ DỤNG HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM KẾT CẤU (STRUCTURE TESTING SYSTEM) 20

2.5.1 Giới thiệu 20

2.5.2 Định nghĩa 20

2.5.3 Thiết bị 20

2.5.3.2 Cảm biến biến dạng (Intelligent Strain Transducer – ST350) 21

2.5.3.3 Cảm biến chuyển vị (Linear Varying Displacement Transducer) 21

2.5.3.4 Node 22

2.5.3.5 AutoClicker 22

2.5.3.6 Trạm cơ sở (Base Station) 23

2.5.3.7 Máy tính 23

2.5.4 Mô hình hoạt động 24

2.5.5 Lắp đặt thiết bị và thu thập số liệu 24

2.7 TỔNG KẾT CHƯƠNG 2 27

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

3.1 QUY TRÌNH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN 29

3.2 VẤN ĐỀ 1: KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ 30

3.2.1 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ 1 30

3.2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ 1 31

3.2.2.1 Tổng hợp thông tin 31

3.2.2.2 Bảng câu hỏi khảo sát 31

3.2.2.3 Thống kê mô tả 31

3.2.2.4 Hệ số tương quan biến tổng (Corrected item – Total correlation) 31

3.2.2.5 Hệ số Cronbach’s Alpha 32

3.2.2.6 Phân tích nhân tố khám phá EFA 32

3.2.2.7 Phân tích tương quan Pearson 33

3.2.2.8 Phân tích hồi quy đa biến 34

3.2.3 CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ 35

3.2.4 THIẾT KẾ BẢNG CÂU HỎI VÀ THU THẬP DỮ LIỆU 35

3.2.4.1 Quy trình và nguyên tắc thiết kế bảng câu hỏi 35

3.2.4.2 Đối tượng khảo sát 37

3.2.4.3 Phương thức khảo sát 37

3.2.4.4 Số lượng mẫu khảo sát 37

3.2.4.5 Phỏng vấn ý kiến chuyên gia 37

3.2.4.6 Khảo sát thử 38

3.2.4.7 Nội dung 38

NGHIỆM KẾT CẤU BDI – STS VÀ PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG SỬ

DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO 41

3.3.1 QUY TRÌNH THỰC HIỆN 41

3.3.2 Công trình thu thập dữ liệu 42

3.3.2.1 Qui mô công trình 42

3.3.3 Thu thập dữ liệu 43

3.3.4 Phương pháp đánh giá và so sánh 45

3.3.4.2 Tiêu chí NT1: Tiết kiệm số lượng nhân lực tham gia kiểm định 46

3.3.4.3 Tiêu chí NT3: Tiết kiệm số lượng điểm đo tại hiện trường 47

3.3.4.4 Tiêu chí NT4: Tiết kiệm xe tải thử 47

3.3.4.5 Tiêu chí NT5: Tiết kiệm công trình phụ trợ 47

3.3.4.6 Tiêu chí TG1: Thời gian lắp đặt thiết bị tại hiện trường nhanh 47

3.3.4.7 Tiêu chí TG3: Thời gian thực hiện thử tải hiện trường ngắn 47

3.3.4.8 Tiêu chí CP1: Giảm chi phí quá trình lắp đặt thiết bị 48

3.3.4.9 Tiêu chí CP3: Tổng chi phí thực hiện thử tải kiểm định công trình cầu thấp 48

3.4 TỔNG KẾT CHƯƠNG 3 48

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 50

4.1 VẤN ĐỀ 1: KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ 50

4.1.1 Kết quả thu thập dữ liệu 50

4.1.2 Thống kê mô tả đối tượng khảo sát 50

4.1.2.1 Mức độ hiểu biết Phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo 51

4.1.2.2 Mức độ hiểu biết Phương pháp sử dụng hệ thống BDI-STS 52

4.1.2.3 Vai trò trong các dự án 53

4.1.4 Kiểm định độ tin cậy của thang đo 58

4.1.5 Phân tích nhân tố khám phá EFA 60

4.1.5.2 Kiểm tra hệ số KMO và Barlett’s Test 61

4.1.5.3 Phân tích nhân tố khám phá EFA 61

4.1.6 Phân tích tương quan và hồi quy tuyến tính 65

4.1.6.1 Phân tích tương quan 65

4.1.6.2 Phân tích hồi quy tuyến tính 66

4.1.7 Giải thích kết quả mô hình hồi quy tuyến tính 69

4.2 VẤN ĐỀ 2: SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM KẾT CẤU BDI – STS VÀ PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO 71

4.2.1 Các tiêu chí nghiên cứu vấn đề 2 71

4.2.2 Tiêu chí NT1: Tiết kiệm số lượng nhân lực tham gia kiểm định 72

4.2.3 Tiêu chí CP1: Giảm chi phí quá trình lắp đặt thiết bị 72

4.2.4 Tiêu chí NT4: Tiết kiệm xe tải thử 73

4.2.5 Tiêu chí CP3: Tổng chi phí thực hiện thử tải kiểm định cầu thấp 74

4.2.6 Tiêu chí NT2: Nhân sự có trình độ kỹ thuật chuyên môn cao 74

4.2.7 Tiêu chí KT2: Hạn chế sai số, mất số liệu trong quá trình thu thập số liệu hiện trường 75

4.2.8 Tiêu chí KT3: Đánh giá khả năng chịu tải gần đúng với khả năng thực tế của công trình 76

4.2.9 Tiêu chí TG1: Thời gian lắp đặt thiết bị tại hiện trường nhanh 76

4.2.10 Tiêu chí TG5: Dễ dàng kiểm tra và phát hiện sai sót trong quá trình thực hiện 77

4.2.11 Tiêu chí TG3: Thời gian thực hiện thử tải hiện trường ngắn 78

4.2.12 Tiêu chí KT6: Phương pháp hiện đại, tiên tiến 78

4.2.13 Tiêu chí KT5: An toàn lao động trong quá trình thực hiện 79

nhanh chóng 80

4.3 TỔNG KẾT CHƯƠNG 4 81

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

5.1 KẾT LUẬN 82

5.2 KIẾN NGHỊ 83

5.2.1 Kiến nghị 83

5.2.2 Giới hạn của đề tài 84

5.2.3 Đề xuất các hướng nghiên cứu 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Hình 2.2 Bố trí đồng hồ đo độ võng 17

Hình 2.3 Bố trí đồng hồ đo ứng suất và sơ đồ minh họa 18

Hình 2.4 Ví dụ sơ đồ bố trí điểm đo ứng suất nhịp (tại vị trí giữa nhịp) 18

Hình 2.5 Ví dụ sơ đồ bố trí điểm đo độ võng nhịp (tại vị trí giữa nhịp) 18

Hình 2.6 Các thiết bị của Hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS [14] 21

Hình 2.7 Cảm biến biến dạng BDI (Intelliducers) 21

Hình 2.8 Cảm biến đo chuyển vị (Linear Varying Displacement Transducer) 22

Hình 2.9 Node thu nhận dữ liệu 22

Hình 2.10 AutoClicker 23

Hình 2.11 Trạm cơ sở (Base Station) 23

Hình 2.12 Màn hình quản lý hệ thống trên máy tính 23

Hình 2.13 Sơ họa mô hình hoạt động của Hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI-STS 24 Hình 3.1 Quy trình thực hiện nghiên cứu vấn đề 1 30

Hình 3.2 Mô hình kiểm tra hệ số Cronbach’s Alpha 32

Hình 3.3 Mô hình nghiên cứu đề xuất 40

Hình 3.4 Quy trình nghiên cứu vấn đề 2 41

Hình 3.5 Mặt cắt dọc Cầu Dẫn 1 (từ mố A1 – trụ P7) 43

Hình 3.6 Mặt cắt ngang cầu dẫn 1 43

Hình 4.1 Biểu đồ mức độ hiểu biết về phương pháp sử dụng Đồng hồ đo 52

Hình 4.2 Biểu đồ mức độ hiểu biết về Phương sử dụng hệ thống BDI-STS 53

Hình 4.3 Biểu đồ thể hiện vai trò của các đối tượng khảo sát trong các dự án 54

Hình 4.4 Biểu đồ thể hiện số năm kinh nghiệm làm việc của đối tượng khảo sát 55

Hình 4.5 Biểu đồ Scree Plot 62

Hình 4.6 Mô hình nghiên cứu sau khi phân tích EFA 65

Hình 4.7 Mô hình hồi quy thể hiện mức độ tác động của các tiêu chí đánh giá 68

Bảng 3.1 Quy trình thực hiện nghiên cứu của luận văn 29

Bảng 3.2 Phương pháp thực hiện nghiên cứu vấn đề 1 31

Bảng 3.3 Hệ số tải nhân tố tối thiểu theo số mẫu [33] 33

Bảng 3.4 Các phần mềm hỗ trợ nghiên cứu 35

Bảng 3.5 Quy trình thiết kế bảng câu hỏi 36

Bảng 3.6 Các tiêu chí khảo sát vấn đề 1 39

Bảng 3.7 Khối lượng điểm đo và thu thập dữ liệu 44

Bảng 3.8 Phân nhóm các tiêu chí cho phương pháp nghiên cứu vấn đề 2 45

Bảng 4.1 Các thông tin về đối tượng khảo sát có ý nghĩa với nghiên cứu 50

Bảng 4.2 Mức độ hiểu biết vê Phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo 51

Bảng 4.3 Mức độ hiểu biết vê Phương pháp sử dụng hệ thống BDI-STS 52

Bảng 4.4 Thống kê vai trò của đối tượng khảo sát trong các dự án đã tham gia 53

Bảng 4.5 Số năm làm việc trong ngành xây dựng 54

Bảng 4.6 Xếp hạng các tiêu chí 56

Bảng 4.7 kiểm định độ tin cậy Cronbach’s Alpha 58

Bảng 4.8 Các biến phân tích nhân tố khám phá EFA 60

Bảng 4.9 Kết quả kiểm tra hệ số KMO và Barlett’s Test 61

Bảng 4.10 Tổng phương sai được giải thích bởi các nhân tố 61

Bảng 4.11 Ma trận xoay 62

Bảng 4.12 Kết quả phân tích nhân tố khám phá EFA 63

Bảng 4.13 Mã hóa các biến độc lập và phụ thuộc 65

Bảng 4.14 Kết quả hệ số Pearson 65

Bảng 4.15 Tóm tắt kết quả phân tích hồi quy 67

Bảng 4.16 Các hệ số phân tích hồi quy 67

Bảng 4.17 Kết quả phân tích ANOVA 68

Bảng 4.18 Các tiêu chí nghiên cứu vấn đề 2 71

Bảng 4.19 Số liệu so sánh tiêu chí NT1 72

Bảng 4.20 Số liệu so sánh tiêu chí CP1 72

Bảng 4.23 Thống kê giá trị trung bình tiêu chí NT2 74

Bảng 4.24 Thống kê giá trị trung bình tiêu chí KT2 75

Bảng 4.25 Thống kê giá trị trung bình tiêu chí KT3 76

Bảng 4.26 Số liệu so sánh tiêu chí TG1 76

Bảng 4.27 Thống kê giá trị trung bình tiêu chí TG5 77

Bảng 4.28 Số liệu so sánh tiêu chí TG3 78

Bảng 4.29 Thống kê giá trị trung bình tiêu chí KT6 78

Bảng 4.30 Thống kê giá trị trung bình tiêu chí KT5 79

Bảng 4.31 Thống kê giá trị trung bình tiêu chí KT1 79

Bảng 4.32 Thống kê giá trị trung bình tiêu chí TG2 80

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 NHU CẦU KIỂM ĐỊNH CẦU

Đóng vai trò như một đầu tàu mở đường, ngành Giao Thông Vận Tải luôn đòi hỏi phải phát triển trước làm tiền đề và cơ sở cho sự phát triển của mọi ngành kinh tế Trong những năm gần đây, mạng lưới giao thông Việt Nam đang trở nên phát triển mạnh mẽ hơn bao giờ hết Sự quy hoạch đầu tư nhằm cải thiện về số lượng và chất lượng của hạ tầng giao thông đường bộ giúp cho việc lưu thông được liên tục, tạo điều kiện phát triển kinh tế [1] Nổi bật kể đến là các dự án trọng điểm

về đường cao tốc và đường sắt hình thành mạng lưới giao thông hiện đại và rộng khắp từ Bắc đến Nam

Về mạng lưới cao tốc đường bộ: Quy hoạch phát triển mạng lưới cao tốc Việt Nam sẽ gồm 21 tuyến với tổng chiều dài 6411km Chiến lược cũng cho thấy thực tế và tiềm năng đang ngày càng có nhiều công trình cầu được đầu tư xây mới góp phần hoàn thành mạng lưới cao tốc đường bộ Việt Nam [2]

Về mạng lưới đường sắt: Tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, các tuyến đường sắt đô thị đang là tâm điểm của ngành giao thông và toàn xã hội với số vốn đầu tư là rất lớn Các tuyến đường sắt bao gồm phần đi trên cao và phần đi ngầm mà trong đó, phần lớn mạng lưới đường sắt đô thị đều là các tuyến đi trên cao có kết cấu chịu lực chính là các công trình cầu

 Hệ thống đường sắt đô thị Hà Nội được quy hoạch gồm 8 tuyến với tổng chiều dài khoảng 318km Đang xây dựng 2 tuyến: tuyến Cát Linh đoạn Cát Linh – Hà Đông (dài 13,5km) và tuyến Văn Miếu đoạn Nhổn – Ga

Hà Nội (dài 12,5km) [3]

 Hệ thống đường sắt đô thị Thành phố Hồ Chí minh được quy hoạch với tổng chiều dài là 225,5km Gồm 8 tuyến với tổng chiều dài 169km, 1 tuyến xe điện 12,8km và 2 tuyến đường ray đơn dài 43,7km Đang được xây dựng 2 tuyến: tuyến Sài Gòn đoạn Bến Thành – Suối Tiên (dài 19,7km) và tuyến Bà Quẹo đoạn Củ Chi – Thủ Thiêm (dài 48km) [4]

Về mạng lưới giao thông đường bộ thông thường: đang diễn ra khá phức tạp

do sự không đồng nhất về chất lượng ban đầu và sự xuống cấp chất lượng công trình theo thời gian Trên cùng một tuyến đường được đầu tư, sự không đồng nhất

về khả năng khai thác dễ dàng dẫn đến sự kém hiệu quả đầu tư và không đáp ứng được nhu cầu khai thác [5] Trong đó, phần lớn các công trình xuống cấp dẫn đến bất cập này là các công trình cầu Vốn đầu tư lớn, kết cấu hoạt động phức tạp và khó sửa chữa khi có hư hại có thể được xem là các tác nhân khiến việc xử lý các công trình cầu xuống cấp bị trì trệ

Bên cạnh đó, đã có rất nhiều tai nạn đáng tiếc xảy ra với các công trình cầu yếu là hồi chuông cảnh báo cho việc kiểm tra chất lượng các công trình này

Từ các thông tin nêu trên cho ta thấy được tổng quan bức tranh về công trình cầu tại Việt Nam Với số lượng rất lớn cho việc đầu tư xây mới các công trình cầu phục vụ cho hệ thống đường cao tốc và đường sắt, sự cấp thiết trong công tác bảo trì sửa chữa các công trình cầu cũ cho thấy nhu cầu kiểm định chất lượng công trình cầu trong hiện tại và tương lai không những tăng cao mà còn đòi hỏi sự cải tiến không ngừng về công nghệ để mang lại sự tối ưu về kinh tế - kỹ thuật Mà trong đó, thử tải là công tác quan trọng nhất để đánh giá năng lực làm việc thực tế của công trình cầu

1.2 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hệ thống thử nghiệm kết cấu do công ty Bridge Diagnostic Inc của Hoa Kỳ (gọi tắt là BDI-STS) phát triển chuyên dùng cho công tác thử nghiệm chất lượng công trình cầu với ưu thế sử dụng công nghệ tự động và không dây mang lại sự tối

ưu về kỹ thuật và kinh tế Hệ thống đã được phát triển mạnh mẽ ở Mỹ, đang được nghiên cứu và áp dụng tại Việt Nam các năm gần đây

Tuy nhiên, do sự mới lạ về phương pháp thử nghiệm cũng như thiết bị - công nghệ, việc áp dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu (BDI – STS) tại Việt Nam chưa thực sự mang lại hiệu quả Chưa khái quát được bức tranh ưu thế của phương pháp khi áp dụng tại Việt Nam là nguyên nhân khiến cho phương pháp này không được cân nhắc lựa chọn khi thực hiện kiểm định công trình

Đề tài: “ Đánh giá hiệu quả phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu trong công tác kiểm định chất lượng công trình cầu tại Việt Nam” được thực hiện nhằm trình bày tổng quan về phương pháp, đánh giá và phân tích được các ưu thế của phương pháp khi áp dụng tại Việt Nam, so sánh với phương pháp thử tải truyền thống sử dụng đồng hồ đo Qua đó, giúp cho các đơn vị kiểm định và chủ đầu tư có thêm nguồn tài liệu tham khảo đáng tin cậy để lựa chọn phương án thực hiện công tác thử tải, làm đa dạng hơn các phương pháp kiểm định công trình cầu, thúc đẩy phát triển công tác kiểm định và đảm bảo chất lượng công trình cầu tại Việt Nam

Đề tài nghiên cứu cụ thể ở 2 vấn đề:

Vấn đề 1: Khảo sát và phân tích các tiêu chí đánh giá hiệu quả

Thực hiện khảo sát và đánh giá các tiêu chí ảnh hưởng tích cực đến hiệu quả khi thực hiện phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS tại Việt Nam thông qua bảng câu hỏi và các đối tượng khảo sát

Vấn đề 2: So sánh phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS

và phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo

So sánh hai phương pháp thử nghiệm cầu thông qua các tiêu chí đã được phân tích ở vấn đề 1 bằng thống kê giá trị trung bình khảo sát và thu thập số liệu thử tải hiện trường

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đề tài được đưa ra nghiên cứu nhằm mục đích giải quyết các mục tiêu:

 Trình bày tổng quan về công trình cầu, công tác kiểm định và thử tải công trình cầu tại Việt Nam

 Trình bày tổng quan về phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS trong công tác kiểm định chất lượng công trình cầu

 Phân tích các tiêu chí và mức độ ảnh hưởng của các tiêu chí đánh giá sự hiệu quả khi áp dụng phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS trong công tác kiểm định công trình cầu tại Việt Nam

 So sánh phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS với phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo

 Kiến nghị các biện pháp nhằm cải thiện và nâng cao hiệu quả công tác thử tải công trình cầu tại Việt Nam

1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng chính nghiên cứu là: Phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS Phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo được dùng để so sánh với phương pháp được nghiên cứu để đánh giá sự hiệu quả

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

Công tác kiểm định chất lượng công trình cầu tại Việt Nam

1.4.3 Dữ liệu nghiên cứu:

Các nguồn dữ liệu được sử dụng với hai vấn đề được nghiên cứu như sau:

Vấn đề 1: Khảo sát và phân tích các tiêu chí đánh giá hiệu quả

Vấn đề được thực hiện nghiên cứu bằng khảo sát bảng câu hỏi được lập dựa trên các tiêu chí tổng hợp từ các nguồn tài liệu và có sự góp ý của các chuyên gia

Dữ liệu khảo sát được thu thập bằng cách phỏng vấn trực tiếp hoặc gián tiếp nhiều đối tượng có hiẻu biết phù hợp với đối tượng và đề tài nghiên cứu

Vấn đề 2: So sánh phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS

và phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo

Kết quả phân tích các tiêu chí ở vấn đề 1 là cơ sở để thu thập dữ liệu so sánh hai phương pháp thử nghiệm cầu Dữ liệu so sánh bao gồm dữ liệu ghi nhận tại thực

tế hiện trường kiểm định công trình cầu và dữ liệu khảo sát mức độ đánh giá các phương pháp

1.5 ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Đóng góp về mặt thực tiễn

Đề tài trình bày tổng quát về hiện trạng công trình cầu và công tác kiểm định cầu tại Việt Nam; phương pháp sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS;

đưa ra các đánh giá về các tiêu chí thể hiện sự hiệu quả của phương pháp sử dụng

hệ thống BDI – STS kết hợp với các phân tích khi so sánh với phương pháp thử nghiệm truyền thống sử dụng đồng hồ đo Từ đó trở thành tài liệu tham khảo cho đơn vị kiểm định, đơn vị quản lý, chủ đầu tư khi đề xuất lựa chọn phương pháp thực hiện thử tải kiểm định chất lượng cho công trình cầu phù hợp nhằm mang lại sự tối

ưu về kỹ thuật và kinh tế

1.5.2 Đóng góp về mặt học thuật:

Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho các nghiên cứu có liên quan Góp phần phát triển các nghiên cứu về hạng mục kiểm định công trình cầu, mở ra các hướng đề tài nghiên cứu các phương pháp thử tải và bảo trì công trình cầu, áp dụng công nghệ tiên tiến vào Việt Nam

Hệ thống thử nghiệm kết cấu được phát triển chuyên dùng cho công tác thử nghiệm chất lượng công trình cầu với ưu thế công nghệ tự động và không dây mang lại sự tối ưu về kỹ thuật và kinh tế Nghiên cứu: “Đánh giá hiệu quả phương pháp

sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu trong công tác kiểm định chất lượng công trình cầu tại Việt Nam” được thực hiện nhằm đưa ra cái nhìn tổng quan về phương pháp, đánh giá và phân tích các ưu thế của phương pháp khi áp dụng tại Việt Nam

và so sánh với phương pháp thử tải truyền thống sử dụng đồng hồ đo

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH CẦU

2.1.1 Định nghĩa công trình cầu

Cầu là công trình nhân tạo được xây dựng để nối liền đường, vượt qua các chướng ngại như: sông ngòi, khe suối, các công trình sẵn có, khu dân cư…mà tuyến đường không vòng tránh được

Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu [6] thì cầu là một kết cấu bất kì vượt khẩu độ không dưới 6100mm tạo thành một phần của một con đường

2.1.2 Đặc điểm công trình cầu

Đặc điểm lớn nhất của công trình cầu so với các công trình xây dựng khác là tải trọng động Ngoại trừ trọng lượng do bản thân công trình ra, hầu như không có tải trọng nào là cố định Trong thiết kế thường đơn giản hóa hiệu ứng của các tải trọng động, đây là một trong các nguyên nhân dẫn đến sai khác khi công trình làm việc thực tế và lý thuyết tính toán

Các tải trọng chính tác động lên công trình cầu được thiết kế bao gồm:

 Trọng lượng bản thân công trình;

 Trọng lượng xe khai thác được thiết kế;

 Tải trọng ngang do xe, chẳng hạn như do phanh, lực ly tâm

 Tải động dọc, gây ra do sự tác động giữa xe và công trình cầu, ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ nhám của đường, độ dằn xốc khi xe chạy trên đường;

 Trọng lượng của người đi bộ trên cầu;

 Tải trọng va khi các phương tiện hoặc người đi bộ va vào lan can và lề đường;

 Tải trọng do dòng chảy lũ tác động lên cấu trúc phụ hoặc kiến trúc thượng tầng;

2.1.3 Công trình cầu tại Việt Nam

Trong mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam hiện nay, số lượng các công trình cầu được xây dựng từ nhiều thời kì lịch sử trước chiếm một tỉ lệ rất lớn Các công trình này phần lớn đều xuất hiện sự xuống cấp, tình trạng kỹ thuật của nhiều cầu thuộc loại nguy hiểm và đang trong tình trạng báo động đỏ Đặc biệt là sự phức tạp, không đồng nhất do các loại vật liệu khác nhau, biện pháp thi công khác nhau, tải trọng thiết kế và tiêu chuẩn thiết kế cũng khác nhau giữa các giai đoạn lịch sử

Trước những năm 1990, các công trình cầu sử dụng kết cấu phổ biến là cầu dầm bê tông cốt thép và dầm thép liên hợp, thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79, chịu tải trọng H10 H13 hoặc H13 kết hợp X60, khổ cầu thường là khổ hẹp gồm hai làn xe cơ giới rộng 3,5m có phần lề bộ hành Từ những năm 2000, cầu được xây dựng có tải trọng thiết kế H30 hoặc H30-XB80 và khổ cầu mở rộng hơn, công trình

có cắm các biển hạn chế tải trọng như 10T, 15T, 18T, 20T,… Từ năm 2005, các công trình cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, được dịch từ tiêu chuẩn AASHTO của Mỹ, tải trọng thiết kế HL93 thỏa mãn các xe lưu thông, không cắm biển hạn chế tải trọng [5]

Sự tồn tại của các cầu cũ, cầu hẹp, cầu yếu trên các truyến đường chính, đường quốc lộ là một trong các nguyên nhân chủ yếu gây ách tắc giao thông Các cầu yếu không đáp ứng được khả năng chịu tải xe lưu thông gây ùn tắc do việc phân luồng phương tiện giao thông nhằm hạn chế tải trọng, đồng thời tiềm ẩn các rủi ro

về sự cố có thể xảy ra gây nguy hại cho công trình và người tham gia giao thông Phương án xây mới thay thế các công trình cầu yếu này là hoàn toàn hợp lý Còn các cầu hẹp không đáp ứng được yêu cầu thông xe liên tục của tuyến nhưng vẫn còn đảm bảo về năng lực chịu tải thì phương án dỡ bỏ để xây mới sẽ dẫn đến lãng phí Phương án sửa chữa, nâng cấp, mở rộng những công trình này là biện pháp khả thi

và cấp bách

Các cơ quan quản lý công trình phải đánh giá được tình trạng kỹ thuật công trình và khả năng khai thác của cầu để làm cơ sở quyết định thiết kế sửa chữa, nâng

cấp hay đầu tư xây mới nhằm đảm bảo khả năng khai thác công trình an toàn, đáp ứng nhu cầu giao thông liên tục nhưng phải đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tư

Vài số liệu về cầu yếu trong mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam:

 Có khoảng 4240 công trình cầu trên quốc lộ và 3640 cầu trên các tỉnh lộ đang được khai thác Chất lượng các cầu này rất không đồng bộ về cả tiêu chuẩn thiết

kế, tải trọng, chế độ khai thác và mức độ xuống cấp [15]

 Ngày 27/03/2016, Bộ GTVT đã có cuộc họp rà soát hiện trạng các cầu yếu trên mạng lưới giao thông Việt Nam Kết quả cho thấy có tổng cộng 861/5869 (14,67%) cầu bị cắm biển hạn chế tải trọng trên quốc lộ, 251/532 (47,18%) cầu

và công trình vượt sông có tĩnh không thấp, 180 cầu đường sắt đã cũ có nguy cơ mất an toàn [7]

 Tại Tp Hồ Chí Minh, sở GTVT thống kê có khoảng 200 cầu yếu Riêng tuyến đường Lê Văn Lương, có 4 cây cầu yếu, cũ là Rạch Đỉa, Long Kiển, Rạch Tôm

và Rạch Dơi được xây dựng trước năm 1975 [8]

 Tại Cần Thơ, tuyến đường tỉnh 917 dài 5,6km có 8 cầu yếu, tuyến đường tỉnh

918 dài 16,9km có 11 cầu yếu, tuyến đường tỉnh 923 dài 26,7km có 9 cầu yếu [9]

 Tại Hà Nội, theo số liệu thống kê, số lượng cầu được thiết kế theo 22TCN

18-79 với tải trọng thiết kế H30-XB80 hoặc cũ hơn như H10-X60 chiếm đến 86% Rất nhiều cầu trên địa bàn đang cắm biển tải trọng hạn chế khai thác < 10 tấn [5]

2.1.4 Quản lý và khai thác công trình cầu tại Việt Nam

Về vấn đề quản lý và khai thác công trình cầu tại Việt Nam có một số đặc điểm chung như sau:

 Chất lượng công trình không ngừng xuống cấp trong khi kinh tế ngày càng phát triển đòi hỏi yêu cầu vận tải tăng cao và chi phí vận tải không thể hạ thấp, tạo nên tình trạng ngày càng không đáp ứng được yêu cầu giao thông trong nước

 Thiếu hụt chi phí đầu tư cho công trình mới, đặc biệt là thiếu hụt kinh phí cho công tác kiểm tra, bảo dưỡng công trình

 Nhiều địa phương quản lý công trình còn lỏng lẻo, công tác kiểm tra bảo trì không thường xuyên và thiếu hệ thống, không có tiêu chuẩn để đánh giá hiện trạng kết cấu công trình với các hư hỏng hiện hữu, phương pháp kiểm tra và chuẩn đoán còn lạc hậu [10]

 Hệ thống đường sắt do Ban quản lý công trình của Ban cơ sở hạ tầng Tổng công ty Đường Sắt Việt Nam chịu trách nhiệm, việc quản lý tương đối có hệ thống Ngành đường bộ do Cục quản lý đường bộ, các Sở Giao thông vận tải các tỉnh và các Sở Giao thông công chánh của Thành phố đảm nhiệm Việc quản lý đường bộ còn thiếu rõ ràng giữa các đơn vị, trách nhiệm chồng chéo lẫn nhau

2.2 KIỂM ĐỊNH CẦU

2.2.1 Sự xuống cấp của công trình cầu

Không những công trình cầu mà bất kì công trình nào đều sẽ xuất hiện những thay đổi nhất định do quá trình khai thác, ảnh hưởng đến khả năng khai thác Các nguyên nhân có thể kể đến do: điều kiện thiên nhiên khí hậu của môi trường làm việc, sự xuống cấp của vật liệu theo thời gian, thời gian khai thác đã gần đến tuổi thọ công trình, sự thay đổi của địa chất,… [11] và đặc biệt là do vượt quá tải trọng khai thác lớn nhất cho phép, mà đây là hiện trạng xảy ra thường xuyên đối với các công trình cầu tại Việt Nam

Những sự thay đổi này có thể cảm nhận được bằng mắt thường, bằng các dụng cụ đo đơn giản, hoặc chỉ được xác định bằng các dụng cụ đo chuyên dụng Cứ xem công trình như là một cái máy, nếu không đầu tư cho việc kiểm tra bảo trì thì công trình sẽ bị hao mòn dẫn đến xuống cấp, không còn đảm bảo khả năng làm việc bình thường, làm giảm tuổi thọ công trình Ngược lại, nếu thực hiện kiểm tra và phát hiện kịp thời các hư hỏng thì không những đảm bảo kịp thời khắc phục hư hỏng giúp kéo dài tuổi thọ công trình, điều đó còn sẽ giúp làm giảm đáng kể chi phí dài hạn của công trình [11]

Đối mặt với sự xuống cấp công trình, ở các nước phát triển thường xem trọng công tác phòng ngừa, tức là công tác kiểm tra thường xuyên, định kì các công

trình để xác định mức độ hư hỏng và nguyên nhân gây ra hư hỏng nhằm khắc phục

và bảo trì công trình ngay cả khi các hư hỏng khó thấy bằng mắt thường, không biểu hiệu ra bên ngoài kết cấu Trong khi đó ở Việt Nam, công tác này thường không được xem trọng và chủ động thực hiện mà thay vào đó là công tác sửa chữa, tức là hỏng đâu sửa đó, các hư hỏng chỉ được khảo sát và đánh giá khi nó thực sự gây nguy hại, biểu hiện rõ rệt, ảnh hưởng lớn đến khả năng khai thác, rủi ro gây ra tai nạn lớn hoặc thậm chí là sau khi tai nạn xảy ra Cần nhanh chóng thay đổi quan điểm này, không những mang lại lợi ích về chi phí dài hạn do kéo dài tuổi thọ công trình mà còn hạn chế thấp nhất rủi ro gây nguy hại trong quá trình khai thác Mà khi

đó, công tác kiểm định có vai trò chiến lược quan trọng

2.2.2 Kiểm định cầu

Kiểm định cầu là công tác nghiên cứu sự làm việc của các công trình cầu đang trong giai đoạn khai thác hoặc đã được xây dựng xong, chờ nghiệm thu chuẩn

bị đưa vào khai thác, nhằm kiểm tra đánh giá khả năng chịu lực của công trình phục

vụ cho công tác quản lý, bảo dưỡng hoặc gia cố, sửa chữa (đối với các cầu cũ) [26]

2.2.3 Nội dung của kiểm định cầu

Nội dung của công tác kiểm định cầu bao gồm các hạng mục [26]:

 Khảo sát và thu thập tài liệu về hiện trạng công trình;

 Tính toán khả năng chịu tải của công trình theo lý thuyết;

 Thí nghiệm vật liệu và xác định các thông số kỹ thuật của cầu;

 Thử tải công trình và xác định năng lực chịu tải thực tế

Trong đó, hạng mục thử tải và xác định năng lực chịu tải của công trình là quan trọng và đặc trưng nhất của kiểm định cầu Cung cấp một cái nhìn khách quan

và thực tế về tình trạng của kết cấu và khả năng khai thác của công trình Đề tài chủ yếu nghiên cứu đánh giá vào hạng mục thử tải và xác định năng lực chịu tải này

2.2.4 Đặc điểm của kiểm định cầu

2.2.4.1 Tính toán khả năng chịu tải công trình

Sự khác nhau khi tính toán thiết kế công trình và tính toán kiểm định công trình: Giai đoạn thiết kế, thường sẽ lựa chọn các tiêu chí về vật liệu và kích thước

của kết cấu trước, tiến hành các tính toán đảm bảo kết cấu theo các quy định và tiêu chuẩn hiện hành để xác định khả năng chịu tải của công trình Sau đó, để kết cấu đạt được sự phù hợp về cấp của công trình, yêu cầu khai thác và công nghệ thi công, thiết kế thực hiện điều chỉnh các thông số đầu vào Còn đối với công tác kiểm định cầu, công trình đã tồn tại hiện hữu với các thông số kỹ thuật cố định Tiến hành thí nghiệm, đo đạc và tính toán để xác định năng lực chịu tải thực tế của công trình bao gồm cả các khuyết tật và hư hỏng trong quá trình khai thác, xây dựng Từ đó, đưa ra các kiến nghị, giải pháp về chế độ quản lý, bảo dưỡng hay sửa chữa, nâng cấp (nếu cần)

Đánh giá khả năng chịu tải của cầu ở Việt Nam và các nước khác đều dựa trên nguyên tắc kiểm tra, đo đạc chi tiết các đặc điểm về vật liệu, kích thước hình học và tình trạng hư hỏng các bộ phận cầu Các hư hỏng phát hiện sẽ được phân loại theo nguyên nhân, kích thước, mức độ ảnh hưởng đến cường độ và khả năng khai thác của công trình Từ kết quả đo đạc chi tiết, các đơn vị kiểm định sẽ lập mô hình làm việc thực trạng của kết cấu Khả năng chịu tải của cầu được đánh giá bằng cách

sử dụng các phương pháp tính toán lý thuyết tương ứng với quy trình thiết kế mỗi nước [12]

Khi tính toán khả năng chịu tải công trình trong công tác kiểm định, các xử

lý số liệu và tính toán kết cấu đa phần được dựa trên kết quả đo đạc tại hiện trường, nhưng kết quả đo đạc này lại phụ thuộc rất lớn vào độ chính xác của thiết bị đo và người đo

Đối với các công trình có quy mô lớn, việc huy động một số lượng lớn thiết

bị và người để thực hiện công tác ghi nhận số liệu là rất phức tạp và tốn kém

2.2.4.2 Đối tượng kiểm định cầu

Các công trình cầu cần thực hiện công tác kiểm định chất lượng gồm cầu đang trong giai đoạn khai thác và cầu mới được xây dựng xong Đối với cầu mới, kiểm định được thực hiện nhằm phục vụ công tác nghiệm thu bàn giao công trình Còn với các cầu đang trong giai đoạn khai thác, công tác được thực hiện đa phần đối với các công trình cầu cũ, cầu sau hư hỏng, cầu sau sửa chữa Ngoài ra, trong

một số trường hợp được yêu cầu cụ thể có thể thực hiện công tác kiểm định cầu như: Đánh giá chất lượng từng phần công trình trong giai đoạn đang xây dựng, kiểm định phục vụ công tác nghiên cứu khoa học

Các công trình cầu tại Việt Nam phần lớn đều do cơ quan nhà nước quản lý, nên việc tiến hành công tác thử nghiệm cầu thường là do cơ quan quản lý công trình cầu đề xuất và được các cấp có thẩm quyền quyết định

2.2.4.3 Quy định về kiểm định cầu ở Việt Nam và Thế giới

Kiểm định cầu là công tác phức tạp và yêu cầu trình độ cao, cần phải được đơn vị có chuyên môn được cấp phép thực hiện Hiện nay, các tiêu chuẩn và quy chuẩn về kiểm định cầu đã cũ và chưa được soạn thảo cập nhật mới Các quy trình Việt Nam hướng dẫn thực hiện công tác thử nghiệm cầu tại Việt Nam:

 Quy trình thử nghiệm cầu: 22TCN 170-87;

 Quy trình thử nghiệm cầu trên đường ô tô: 22TCN 243-98;

 Tiêu chuẩn thử tải cầu đường bộ: TCCS 04:2011/TCĐBVN;

Các quy định về công tác kiểm định cầu ở mỗi nước đều khác nhau, về: năng lực của đơn vị kiểm định; trách nhiệm của các bên liên quan; thời hạn phải thực hiện kiểm tra - bảo dưỡng công trình cầu; nội dung và cách thức thực hiện kiểm định; đảm bảo an toàn giao thông và an toàn lao động trong quá trình kiểm định; nguyên lý tính toán và đánh giá năng lực chịu tải của cầu; …

Các quốc gia khác đều quy định về thời hạn cụ thể phải kiểm tra chi tiết cầu:

ở Đức là 6 năm, ở Ba Lan là 5 năm, ở mỹ là 2 năm (tối đa là 5 năm đối với các bộ phận nằm thường xuyên trong nước) Quy định về thời hạn kiểm tra cầu ở Việt Nam chưa rõ ràng Việc kiểm tra chủ yếu do các cơ quan quản lý cầu đề xuất, dựa trên kinh phí được giao hàng năm và dựa trên hiện trạng của cầu Công trình cầu ở Việt Nam có thời hạn kiểm tra chi tiết lâu nhất so với các quốc gia khác (sau 10 năm mới kiểm tra 1 lần) [12]

Đối với phương pháp thử nghiệm cầu truyền thống sử dụng Đồng hồ đo, tính pháp lý của các văn bản và cơ sở để áp dụng tại Việt Nam là rất cụ thể được thể

hiện trong các tiêu chuẩn và quy trình Đồng thời, quy trình thực hiện và phương thức xử lý số liệu đều rất đơn giản và cực kì phổ biến Nhưng vấn đề tồn tại là các văn bản pháp lý có liên quan đều đã cũ và dần lỗi thời Việc áp dụng các biện pháp thủ công và cơ học sẽ không tận dụng được lợi thế tự động và hiện đại của công nghệ phát triển hiện nay, dễ dẫn đến sự lãng phí không đáng có, khó có thể tối ưu được hiệu quả về Kinh tế lẫn Kỹ thuật

Đối với phương pháp thử nghiệm cầu sử dụng hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI-STS, do công nghệ còn khá mới mẻ ở Việt Nam, tính pháp lý còn rất hạn chế Hầu như chưa có văn bản pháp lý nào hướng dẫn về cách thức sử dụng cũng như áp dụng phương pháp Các công trình được thực hiện theo phương pháp này tại Việt Nam cần phải có sự đồng ý từ Chủ đầu tư và phải được giải trình rõ ràng từ đơn vị

Tư vấn kiểm định

2.3 THỬ TẢI CÔNG TRÌNH CẦU

Thử tải công trình cầu là công tác đặc trưng nhất của công tác kiểm định chất lượng công trình cầu, có khả năng đánh giá trực quan và gần chính xác nhất khả năng chịu tải công trình Việc đánh giá khả năng chịu tải của cầu ở Việt Nam chủ yếu dựa trên kết quả thử tải [12]

Việc tổ chức thử tải cầu thường phức tạp và gây tốn kém hơn nhiều so với đo đạc kiểm tra thông thường Việc thử tải cầu kéo dài trong nhiều giờ cũng gây ảnh hưởng đến giao thông khu vực cầu (đặc biệt đối với các cầu nằm trên đường trục chính, có lưu lượng giao thông lớn) [12]

2.3.1 Mục đích và yêu cầu

Mục tiêu chính của việc thử tải cầu là làm rõ khả năng làm việc thực tế của tổng thể cũng như từng bộ phận kết cấu riêng lẻ của cầu, bằng cách đánh giá năng lực chịu tải thông qua tải trọng thử

Kết quả thử tải cầu còn được dùng để hoàn thiện các phương pháp tính, mô hình tính Do khi thiết kế, các sơ đồ tính đều được đơn giản hóa với các vật liệu mang tính đại diện dẫn đến có sự khác nhau giữa thiết kế lý thuyết và thực tế công trình

Thử tải giúp đánh giá tải trọng khai thác công trình Tải trọng được đánh giá nhằm 3 mục đích: cắm biển tải trọng (hạn chế tải trọng), cấp phép cho các tải trọng (đặc biệt và không đặc biệt) qua cầu và phục vụ công tác bảo trì - sửa chữa [13]

2.3.2 Phạm vi các công trình thực hiện thử tải

Cũng như kiểm định cầu, hai loại đối tượng chính để thực hiện thử tải công trình là: Cầu mới xây dựng và cầu cũ [23] Mục đích:

 Thử tải để nghiệm thu bàn giao công trình đối với cầu mới;

 Thử tải để đánh giá lại tải trọng khai thác đối với cầu cũ;

 Thử tải sau khi hoàn thành công tác sửa chữa lớn;

 Sản phẩm phục vụ công trình được chế tạo hàng loạt (khi có yêu cầu);

 Phục vụ công tác nghiên cứu khoa học kỹ thuật (khi có yêu cầu);

 Đánh giá chất lượng từng phần trong quá trình thi công (khi có yêu cầu);

Đối với cầu mới, bắt buộc phải thử tải khi công trình thuộc loại lớn, vĩnh cửu hay có kết cấu đặc biệt Chỉ thử nghiệm các cầu vừa và nhỏ khi có nghi vấn về chất lượng thi công công trình [13]

Đối với cầu cũ cần gia cố, mở rộng thêm phải tiến hành thử tải để đánh giá khả năng chịu lực và điều kiện an toàn hiện tại làm cơ sở luận chứng và hướng đề xuất giải pháp tăng cường cụ thể

Không tiến hành thử tải đối với các loại công trình sau:

 Cầu có quy mô vừa và nhỏ không có ghi yêu cầu thử tải trong nhiệm vụ thiết kế

và bên A không đề nghị thử tải

 Cầu phải nghiệm thu sớm để đưa vào sử dụng tạm thời trong thời gian ngắn với tải trọng khai thác dưới mức tải trọng thiết kế và được cơ quan cấp trên có thẩm quyền cho phép

2.3.3 Nội dung công tác thử tải công trình cầu

Công tác thử tải công trình cầu gồm 2 phần chính là [24]:

 Thử tải cầu dưới tác động của tải trọng đứng yên trên cầu (thử tải tĩnh);

 Thử tải dưới hoạt tải chạy qua cầu (thử tải động);

Tải trọng để thử tải thường bằng các phương tiện khai thác thông thường của cầu với tải trọng được tính toán để đạt được giới hạn mong muốn ghi nhận ứng xử của công trình Có thể sử dụng tải trọng với các hình thức khác nhau như bao tải cát hoặc kích thủy lực nhưng phải thỏa mãn các yêu cầu được quy định trong quy trình

Các thông số kỹ thuật thu thập trong quá trình thử tải tại hiện trường bao gồm:

 Thử tải tĩnh:

 Độ võng, độ vồng của dầm, giàn;

 Độ lún của mố, trụ gối;

 Chuyển vị ngang đầu trên mố, trụ, gối;

 Ứng suất lớn nhất ở các mặt cắt cần kiểm tra;

 Ứng suất tập trung, ứng suất cục bộ (đối với công trình có nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật);

 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dư;

 Thử tải động, bao gồm các thông số khi thử tải tĩnh và có thêm:

 Biên độ và tần số dao động tự do theo phương thẳng đứng;

 Biên độ và tần số dao động tự do theo phương thẳng ngang (đối với công trình đường sắt);

Trong đó, thông số kỹ thuật quan trọng nhất thiết phải thu thập là số liệu về

độ võng lớn nhất và ứng suất lớn nhất để có cơ sở tối thiểu cho việc phân tích và đối chiếu thống kê nhằm đánh giá chất lượng công trình

2.4 PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI TRUYỀN THỐNG SỬ DỤNG ĐỒNG

HỒ ĐO (INDICATOR)

2.4.1 Giới thiệu

Ở Việt Nam, công tác kiểm định chất lượng công trình cầu chủ yếu được đánh giá bằng phương pháp thử tải, đặc biệt là đối với các công trình cầu mới xây dựng cần kiểm định để nghiệm thu đưa vào sử dụng và các công trình cầu cũ cần đánh giá thực tế năng lực chịu tải công trình để có phương án đảm bảo an toàn khai thác

Để thử tải công trình, phương pháp thử tải được sử dụng phổ biến ở nước ta vẫn là phương pháp truyền thống sử dụng thiết bị đồng hồ đo (Indicator)

Phương pháp được đưa ra so sánh với phương pháp được nghiên cứu do sự phổ biến, thiết bị thử nghiệm và phương thức thực hiện đơn giản

2.4.2 Định nghĩa

Phương pháp truyền thống sử dụng đồng hồ đo (Indicator) là phương pháp thử tải được sử dụng phổ biến ở nước ta, với thiết bị chính thu thập số liệu hiện trường là đồng hồ đo thiên phân kế Đồng hồ được lắp đặt các hình thức khác nhau nhằm thu nhận hai số liệu quan trọng nhất là ứng suất và độ võng phục vụ cho quá trình đánh giá năng lực chịu tải công trình

2.4.3 Thiết bị

Dụng cụ chính là Đồng hồ đo thiên phân kế (hay còn gọi là Indicator) Các Indicator thường có độ chính xác là 0.01mm (bách phân kế) và loại độ chính xác tới 0.001mm (thiên phân kế) Đồng hồ thường dùng trong thử tải là loại thiên phân kế

có thể đo chuyển vị tới 10mm [26]

Đồng hồ đo có dạng như một đồng hồ hình tròn Có một thanh ti xuyên qua

vỏ hộp theo phương đường kính Thanh ti này có răng khớp với các bánh răng bên trong sao cho khi thanh ti trượt xuống các bánh răng này sẽ quay Các bánh răng được liên kết với kim chỉ và mặt đồng hồ có chia vạch Trên mặt đồng hồ có vòng chia độ: thể hiện số đo chuyển vị

Hình 2.1 Đồng hồ thiên phân kế và sơ đồ kết cấu đồng hồ [26]

2.4.4 Lắp đặt thiết bị và thu thập số liệu

2.4.4.1 Đo độ võng

Độ võng là thông số trực quan và dễ hiểu nhất để đánh giá khả năng chịu tải công trình Tải trọng thử (xe thử tải) và độ võng lý thuyết được tính toán chi tiết trước khi tiến hành thử tải hiện trường Thiết bị đo được lắp đặt tại các mặt cắt có

độ võng lớn nhất và các mặt cắt đặc biệt về cấu tạo hay hư hỏng để thu nhận số liệu bất lợi nhất Đồng hồ được lắp vào điểm cố định không chuyển vị và có thanh ti tỳ vuông góc với mặt phẳng kết cấu cần đo tại điểm đo

Đồng hồ đo được lắp đặt để đo biến dạng cục bộ của một đoạn ngắn của cấu kiện Ứng suất được tính toán bằng công thức :

 = E * 

Trong đó:  là ứng suất trong kết cấu (MPa)

E là môđun đàn hồi của vật liệu (MPa)

  là độ biến dạng tương đối, được tính bằng tỉ số biến dạng và

chiều dài đoạn cấu kiện được xét

Đồng hồ thường được lắp một giá bằng thép có chiều dài xác định, sau đó gắn chặt vào mặt kết cấu tại vị trí điểm đo

Hình 2.3 Bố trí đồng hồ đo ứng suất và sơ đồ minh họa [32]

2.4.4.3 Bố trí điểm đo

Điểm đo thường được bố trí tại các mặt cắt có độ võng lớn nhất hay các vị trí xung yếu, giảm tiết diện, mà tại đó kết cấu làm việc nguy hiểm nhất (bất lợi nhất) dưới tải trọng thử Thông thường đối với dầm cầu sẽ là vị trí giữa nhịp Các điểm đo

độ võng và ứng suất thường được bố trí gần nhau

Số lượng điểm đo phụ thuộc vào khẩu độ cầu, loại kết cấu nhịp Sơ đồ bố trí điểm đo thường được vẽ và trình bày cụ thể trong đề cương kiểm định để được xem xét và phê duyệt

Hình 2.4 Ví dụ sơ đồ bố trí điểm đo ứng suất nhịp (tại vị trí giữa nhịp) [31]

Hình 2.5 Ví dụ sơ đồ bố trí điểm đo độ võng nhịp (tại vị trí giữa nhịp) [31]

2.4.4.4 Ghi nhận số liệu

Số liệu thử tải phải được ghi nhận 3 lần với mỗi sơ đồ thử tải Mỗi lần phải đọc đầy đủ các trị số:

 Khi xe chưa vào cầu

 Khi xếp xe trên cầu

 Khi xe ra khỏi cầu

Bảng 2.1 Ví dụ bảng ghi nhận số liệu thử tải hiện trường [26]

2.4.5 Một số đặc điểm

Một số ưu điểm:

 Thiết bị có chi phí thấp, có thể đầu tư số lượng lớn;

 Phương pháp đơn giản, thiết bị dễ sử dụng, không yêu cầu chuyên môn cao của người ghi nhận số liệu;

 Đồng hồ đo có thể sử dụng để thu thập nhiều loại số liệu theo các hình thức lắp đặt khác nhau mà không cần thiết bị chuyên dụng khác;

 Khi thực hiện công tác tại các vị trí cao và hiểm trở, yêu cầu người theo dõi đồng hồ đo cũng phải trực tiếp ở tại các vị trí đo mà thông thường là ở dưới công trình Đặc biệt là khi thử nghiệm với các công trình cầu đã hư hỏng, việc đảm bảo an toàn con người trong quá trình thực hiện phải được đảm bảo;

 Chỉ đo được số liệu tại vị trí xếp tải

2.5 PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI SỬ DỤNG HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM KẾT CẤU (STRUCTURE TESTING SYSTEM)

2.5.1 Giới thiệu

Công ty Bridge Diagnostic Inc (BDI) được thành lập năm 1989, là đơn vị thực hiện thí nghiệm và đánh giá các dạng kết cấu tại Hoa Kỳ và nhiều vùng lãnh thổ khác như Châu Á, Trung Đông, Australia, Ấn Độ,… với hàng trăm kết cấu công trình Đơn vị chuyên cung cấp thiết bị thử nghiệm dành riêng cho kết cấu chịu tải trọng động

Hệ thống thử nghiệm kết cấu (STS) được BDI phát triển với mục tiêu chính

là đơn giản và hiệu quả dành cho các kỹ sư kết cấu khi thu thập số liệu hiện trường cũng như đơn giản hóa quá trình thử nghiệm bằng công nghệ tự động và không dây

Hình 2.6 Các thiết bị của Hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI – STS [14]

2.5.3.2 Cảm biến biến dạng (Intelligent Strain Transducer – ST350)

Cảm biến biến dạng (Intelligent Strain Transducer – ST350) được dùng để thu thập số liệu biến dạng cục bộ khi lắp đặt trên kết cấu, thông qua đó tính toán và hiển thị dữ liệu ứng suất trên máy tính điều khiển Cảm biến có thể sử dụng trên nhiều bề mặt kết cấu khác nhau như: Bê tông (cốt thép và dự ứng lực), thép, gỗ, …

Mỗi cảm biến có kích thước chuẩn 4.4in x 1.2in x 0.4in, với chiều dài dây 15ft hoặc 25ft Cảm biến có khả năng tự động nhận dạng với hệ thống theo số ID của từng cảm biến ( ví dụ: cảm biến 4824, 4788,…) [14]

Hình 2.7 Cảm biến biến dạng BDI (Intelliducers) [29]

2.5.3.3 Cảm biến chuyển vị (Linear Varying Displacement Transducer)

Cảm biến chuyển vị (Linear Varying Displacement Transducer – LVDT) đƣợc lắp đặt để đo chuyển vị, độ võng kết cấu Cảm biến đƣợc lắp trên một giá cố định không chuyển vị và có đầu nhọn đặt trên kết cấu tại điểm cần đo chuyển vị

tính năng ưu việt của hệ thống BDI-STS, cho phép xây dựng đường ảnh hưởng của hoạt tải đối với kết cấu khi hoạt tải di chuyển trên công trình

Hình 2.10 AutoClicker [31]

2.5.3.6 Trạm cơ sở (Base Station)

Trạm cơ sở có chức năng phát sóng không dây, thu nhận tín hiệu từ các Node

và AutoClicker, truyền tín hiệu và dữ liệu đo với máy tính bằng mạng không dây

Hình 2.11 Trạm cơ sở (Base Station) [29]

2.5.3.7 Máy tính

Máy tính sẽ đóng vai trò thể hiện tình trạng hoạt động, dữ liệu thu thập và quản lý toàn bộ hệ thống, có trách nhiệm hiển thị và lưu trữ số liệu đo đạc thông qua phần mềm chuyên dụng WIN-STS được kết nối với Trạm cơ sở (Base Station)

Hình 2.12 Màn hình quản lý hệ thống trên máy tính [29]

2.5.4 Mô hình hoạt động

Hình 2.13 Sơ họa mô hình hoạt động Hệ thống thử nghiệm kết cấu BDI-STS [29]

Máy tính điều khiển sẽ phát lệnh hoạt động truyền đến Trạm cơ sở (Base Station) Các lệnh được truyền đến cụ thể cho các Node quản lý cảm biến, tiến hành thu thập dữ liệu đo ở các cảm biến (Sensor) Dữ liệu được ghi nhận và truyền trở lại Base Station đồng thời cùng với dữ liệu đếm của AutoClicker Các dữ liệu này được chuyển tiếp để hiển thị và lưu trữ trên màn hình máy tính Các dữ liệu được truyền qua các thiết bị đều bằng sóng Wifi với tốc độ lên đến 100 Mbps

2.5.5 Lắp đặt thiết bị và thu thập số liệu

Các thiết bị được lắp đặt tại hiện trường tương đối đơn giản và nhanh chóng Điều đặc biệt đáng chú ý khi lắp đặt thiết bị là vị trí của các Trạm thu – phát tín hiệu nên được đặt ở các nơi rộng rãi để không ảnh hưởng sóng truyền tín hiệu Sau khi lắp đặt phải tiến hành thử tín hiệu toàn bộ hệ thống để chắc chắn khi thử tải chính thức không gặp phải vấn đề về mất tín hiệu Một điều đáng chú ý khác là phải kiểm tra độ phù hợp giữa mô hình thử nghiệm được lập trước ở máy tính điều khiển và hướng của xe tải thử di chuyển khi lắp đặt AutoClicker, tránh tình trạng dữ liệu của AutoClicker bị ngược chiều với hướng di chuyển của tải trọng

Các số liệu được thu thập tự động, lưu trữ và quản lý thông qua màn hình hiển thị trên máy tính điều khiển

2.5.6 Một số đặc điểm của phương pháp

Một số ưu điểm: