Nghiên cứu thiết kế và biện pháp thi công nâng cấp cầu bàu quảng ngãi bằng cáp dự ứng lực ngoài

TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHI N CỨU THI T K V BI N PHÁP THI C NG NÂNG CẤP CẦU B U - QUẢNG NGÃI BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGO I Học viên: Đặng Hữu Linh Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Đà Nẵng, 2018

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS CAO VĂN LÂM

Đà Nẵng, 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đặng Hữu Linh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tên đề tài: 1

2 Tính cần thiết của đề tài: 1

3 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Cấu trúc luận văn 3

Chương 1: Nâng cấp dầm cầu cũ dự ứng lực bằng phương pháp dự ứng lực ngoài 3

Chương 2: Tính toán thiết kế gia cường cầu Bàu bằng cáp dự ứng lực ngoài 3

Chương 3: 3

7 Tổng quan tài liệu nghiên cứu 3

8 Ý nghĩa thực tế của đề tài 3

Chương 1.NÂNG CẤP DẦM CẦU CŨ DỰ ỨNG LỰC 4BẰNG PHƯƠNG PHÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI 4

1.1 Tổng quan về Cầu Bàu tại Km1096+713 nằm trên Quốc lộ 1 thuộc địa phận huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi [1] 4

1.1.1 Kết cấu cầu: 4

1.1.2 Các dạng hư hỏng trong kết cấu nhịp cầu 5

1.2 Tổng quan về các biện pháp nâng cấp công trình cầu hiện nay 11

1.2.1 Gia cường bằng phương pháp tăng cường tiết diện 11

1.2.2 Gia cường cầu bằng tấm polymer cốt sợi cacbon (FRP) 12

1.3 Tổng quan về công tác gia cường cầu cũ sử dụng công nghệ căng cáp dự ứng lực ngoài 17

1.3.1 Sơ lược về công nghệ dự ứng lực ngoài 18

1.3.2 Khái niệm về dự ứng lực ngoài 19

1.3.3 Phạm vi ứng dụng 19

1.3.4 Các hình thức bố trí cáp DUL ngoài 21

1.3.5 Các giả thiết trong tính toán và cấu tạo 22

1.3.6 Các hình thức cấu tạo bố trí cáp ngoài dọc cầu 23

1.3.7 Ưu, nhược điểm 25

1.4 Những khó khăn trong quá trình căng cáp dự ứng lực ngoài 26

1.5 Kết luận chương 26

Chương 2.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIA CƯỜNG CẦU BÀU BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI 27

2.1 Cơ sở dự đoán lực căng còn lại của cầu cũ 27

2.1.1 Xác định độ vồng do cáp dự ứng lực trong dầm gây ra: (Theo lý thuyết) 27

2.1.2 Xác định độ võng của cầu do tỉnh tải gây ra 27

2.1.3 Tính toán lực kéo còn lại thực tế trong cáp DƯL: (Trường hợp không có hoạt tải) 27

2.1.4 Xác định độ võng của cầu khi có hoạt tải gây ra 28

2.1.5 Tính toán lực kéo còn lại thực tế trong cáp DƯL (Trường hợp có hoạt tải) 28

2.2 Tính toán lượng cáp dự ứng lực cần bổ sung 29

2.2.1 Xác định sức kháng uốn còn lại trong dầm 29

2.2.2 Kiểm toán các giới hạn cốt thép 30

2.2.3 Kiểm toán sức kháng cắt còn lại trong dầm 30

2.2.4 Kiểm toán ứng suất trong giai đoạn sử dụng 30

2.2.5 Xác định cáp DUL cần gia cường 30

2.2.6 Số tao cáp DUL cần phải bổ sung 32

2.3 Kiểm toán lại cầu với các trạng thái giới hạn 32

2.3.1 Tính mất mát ứng suất trong quá trình căng kéo cốt thép 32

2.3.2 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm tại vị trí giữa nhịp 34

2.3.3 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm 35

2.3.4 Kiểm toán theo TTGH sử dụng 36

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 38

Chương 3.QUY TRÌNH THI CÔNG VÀ KIỂM SOÁT ỨNG SUẤT – CHUYỂN VỊ TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CĂNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI 39

3.1 Tổ chức xác định đo độ võng ở hiện trường 39

3.1.1 Công tác chuẩn bị để thí nghiệm tại hiện trường gồm 39

3.1.2 Tải trọng thử và các sơ đồ xếp tải 39

3.1.3 Bố trí điểm đo 43

3.1.4 Mục đích của việc đo tại hiện trường 43

3.1.5 Kết quả đo độ võng thực tế tại hiện trường và tính toán lực kéo còn lại của dầm43 3.2 Tính toán lực căng còn lại trong dầm cầu cũ 44

3.2.1 Các thông số kỹ thuật và số liệu đầu vào: [Theo kết quả kiểm định cầu năm 2017] 44

3.2.2 Tính toán các đặc trưng hình học của mặt căt 44

3.2.3 Tính toán hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải 44

3.2.4 Tính toán nội lực của dầm 44

3.2.5 Tính toán lực kéo còn lại trong cáp DƯL theo lý thuyết 46

3.2.6 Tính toán lực kéo còn lại thực tế trong cáp DƯL (Đo độ võng thực tế tại hiện trường) 46

3.2.7 Kiểm toán các trạng thái giới hạn dưới tác dụng tải trọng tính toán HL93 47

3.2.8 Kiểm toán ứng suất trong giai đoạn sử dụng 50

3.2.9 Tính toán lượng cáp cần gia cường 52

3.2.10 Tính toán mất mát ứng suất 53

3.2.11 Kiểm toán các trạng thái giới hạn 54

3.3 Tổ chức thi công 57

3.3.1 Kiểm soát chuyển vị trong quá trình thi công theo từng cấp 59

3.3.2 Kiểm soát ứng suất tại vị trí gối và giữa nhịp trong quá trình thi công theo từng cấp 59

3.4 Quy trình công nghệ thi công căng cáp dự ứng lực 59

3.4.1 Những yêu cầu chung 59

3.4.2 Những vấn đề cần chú ý trong sửa chữa bằng DUL ngoài 60

3.5 Kết luận chương 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHI N CỨU THI T K V BI N PHÁP THI C NG NÂNG CẤP CẦU B U

- QUẢNG NGÃI BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGO I

Học viên: Đặng Hữu Linh Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình

giao thông

Mã số: 85.80.205; Khóa: K33 Trường: Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

- Nghiên cứu các biện pháp gia cường cho cầu bê tông cốt thép dự ứng lực, phân tích

ưu, nhược điểm, phạm vi áp dụng Ứng dụng biện pháp gia cường kết cấu nhịp cầu Bàu bằng phương pháp căng cáp dự ứng lực ngoài, đưa ra những khó khăn của công nghệ căng cáp dự ứng lực ngoài

- Trên cơ sở lý thuyết cơ học để dự đoán lực căng còn lại của dầm bê tông cốt thép dự ứng lực làm cơ sở dự đoán sức chịu tải của cầu Tiến hành thí nghiệm đo chuyển vị của cầu dưới tác dụng của 2 xe tải thí nghiệm, làm cơ sở quan trọng cho việc dự đoán lực căng còn lại của cáp dự ứng lực

- Tính toán nâng cấp cầu Bàu với tải trọng yêu cầu là HL93

- Kiểm toán lại dầm để kết cấu đảm bảo khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn cường độ I và theo trạng thái giới hạn sử dụng

- Đề xuất công nghệ, quy trình thi công và kiểm soát ứng suất, chuyển vị trong quá trình căng kéo cáp dự ứng lực ngoài đảm bảo dầm không bị nứt gẫy

DESIGN STUDIO AND MEASUREMENT METHODS FOR LEADING THE BAU -

QUANG NGAI BRIDGE WITH FORGOTTEN CABLE

- Study reinforcement measures for reinforced concrete bridges, analysis of pros and cons, scope of application Application of structural reinforcement measure of Bau bridge by external tensioning cable method, presents the difficulties of external tensioning cable tensioning technology

- Based on mechanical theory to predict the remaining tension of prestressed reinforced concrete beam as a basis to predict the bearing capacity of the bridge Carry out a test of the displacement of the bridge under the effect of two experimental trucks, which is an important basis for predicting the remaining tension of the post-tensioning cable

- Calculate the Bau Bridge upgrade with the required load of HL93

- Reinforced beams to ensure structural strength under the intensity limitation state I and the status limitation

- Proposed technology, construction process and control of stress, displacement in the process of stretching the external tension cable to ensure that the beam is not cracked

FRP : Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu polime)

AFRP : Aramid Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu polime sợi aramid)

GFRP : Glass Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu polime sợi thủy tinh)

CFRP : Carbon Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu polime sợi cacbon)

ACI : American Concrete Institu : (Tiêu chuẩn của viện bê tông Mỹ)

AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials

(Hiệp hội các viên chức giao thông và đường bộ Hoa Kỳ) ACMA: American Composites Manufactures Association: Hiệp hội các doanh

nghiệp sản xuất composite Mỹ TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCN: Tiêu chuẩn ngành

TTGH CĐ: Trạng thái giới hạn cường độ

DC: Tĩnh tải giai đoạn 1

DW: Tĩnh tải giai đoạn 2

LL: Hoạt tải xe HL93

PL: Hoạt tải người đi bộ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thể hiện tính chất cơ học khác nhau của các loại chất nền 14

(Coker 2003) 14

Bảng 1.2: Một số đặc trưng tiêu biểu của hệ thống tấm sợi FRP 15

Bảng 1.3: Một số đặc trưng tiêu biểu của các sản phẩm FRP 15

Bảng 1.4:Hệ số giãn nở nhiệt theo các phương của vật liệu FRP 16

(theo Mallic 1998) 16

Bảng 3.1: Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải gây ra 44

Bảng 3.2: Bảng nội lực ở TTGHCĐ I đối với dầm trong 44

Bảng 3.3: Bảng nội lực ở TTGHCĐ I đối với dầm ngoài 45

Bảng 3.4: Bảng nội lực ở TTGHSD đối với dầm trong 45

Bảng 3.5: Bảng nội lực ở TTGHSD đối với dầm ngoài 46

Bảng 3.6: Kiểm toán dầm ở TTGHCĐ1 dưới tải trọng HL93 47

Bảng 3.7: Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối đa 48

Bảng 3.8: Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối thiểu 48

Bảng 3.9: Kiểm toán sức kháng cắt của dầm đối với trường hợp 1 49

Bảng 3.10: Kiểm toán ứng suất trong giai đoạn sử dụng đối với dầm trong 50

Bảng 3.11: Kiểm toán ứng suất trong giai đoạn sử dụng đối với dầm ngoài 51

Bảng 3.12: Xác định lượng cáp cần thiết gia cường 52

Bảng 3.13: Tổng hợp các mất mát ứng suất 54

Bảng 3.14: Kiểm toán sức kháng uốn tính toán theo TTGH cường độ I 54

Bảng 3.15: Kiểm toán sức kháng cắt tính toán theo TTGH cường độ I 55

Bảng 3.16: Kiểm toán ứng suất của dầm theo TTGH sử dụng 56

Bảng 3.17: Kiểm soát chuyển vị trong quá trình thi công 59

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Hiện trạng cầu Bàu 4

Hình 1.2: Hư hỏng mặt đường BTN trên cầu 8

Hình 1.3 Hư hỏng tại khe co giản 9

Hình 1.4: Hư hỏng tại mối nối dọc của cầu 10

Hình 1.5: Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp cầu 11

Hình 1.6: Các dạng tiết diện tăng cường 11

Hình 1.7: Hướng phân bố của cốt sợi (Smith, 1996) 15

Hình 1.8: Bố trí tấm sợi FRP tăng cường sức kháng uốn 16

Hình 1.9: Bố trí tấm sợi FRP tăng cường sức kháng cắt 17

Hình 1.10: Tăng cường kháng sức cắt cho dầm BTCT bằng tấm sợi FRP 17

Hình 1.11: Cầu Sài Gòn Sau khi sửa chữa, gia cường công trình cầu khá tốt, tải trọng khai thác tăng từ HS20-44 lên H30 18

Hình 1.12: Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngoài tuyến cáp thẳng 21

Hình 1.13: Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngoài tuyến cáp gẫy khúc 22

Hình 1.14: Tăng cường dầm cầu đơn giản BTCT nhiều nhịp bằng DUL ngoài để liên tục hoá các nhịp dầm 22

Hình 1.15: Neo đặt vào khối dầm ngang đầu dầm 25

Hình 2.1: Sơ đồ tính toán gia cường cáp DUL ngoài 31

Hình 2.2: Sơ đồ tính ứng suất của dầm sau gia cường 36

Hình 3.1: Sơ đồ xếp tải đo độ võng thực tế tại hiện trường 40

Hình 3.2: Xếp tải thực tế tại hiện trường 41

Hình 3.3: Kiểm tra xác định các trị số của đồng hồ đo độ võng 42

Hình 3.4: Bố trí điểm đo độ võng dầm chủ 43

Hình 3.5: Biểu đồ mômen tính toán ở TTGHCĐ1 và Sức kháng uốn của dầm 48

Hình 3.6: Biểu đồ lực cắt tính toán ở TTGHCĐ1 và Sức kháng cắt của dầm 50

Hình 3.7: Vị trí đo ứng suất của dầm 58

Hình 3.8:Vị trí đo chuyển vị của dầm 58

MỞ ĐẦU

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu thi t và i n ph p thi công nâng cấp cầu Bàu - Quảng Ngãi ằng c p dự ứng lực ngoài

2 Tính cần thi t của đề tài:

Trong những năm gần đây, trong xu thế hòa nhập với nền kinh tế thế giới, kinh

tế nước ta có những bước phát triển nhanh và ổn định Các hình thức vận tải, phương tiện và số lượng người tham gia giao thông ngày một tăng Nhiệm vụ của ngành giao thông vận tải là đảm bảo cho người tham giao giao thông, phương tiện và hàng hóa được đảm bảo an toàn và thông suốt Cho nên việc đầu tư nâng cấp, cải tạo nhằm nâng cao năng lực hoạt động, kéo dài tuổi thọ những cây cầu, con đường hiện có đảm bảo

an toàn giao thông là nhiệm vụ hết sức cấp bách

Cầu Bàu tại Km1096+713 nằm trên Quốc lộ 1 thuộc địa phận huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi được thiết kế với tải trọng HS20-44 theo quy trình AASHTO92 bằng cáp DUL căng trước với tải trọng 20tấn, đoàn người 3KN/m2, cấp động đất cấp VII

Hiện nay, nhu cầu giao thông qua cầu Bàu tăng cao, việc phát triển kinh tế quá nhanh của huyện Đức Phổ nói chung và tỉnh Quảng Ngãi nói riêng đã thúc đẩy các phương tiện giao thông không ngừng nâng cấp, phát triển theo Tải trọng của các phương tiện vận chuyển tăng lên rất nhiều (có thể nói vượt cả tải trọng HL93) đã làm cho cầu Bàu xuống cấp và không có khả năng chịu được các loại xe siêu tải trọng trên tuy đã được nhiều lần gia cố tăng cường

Việc đầu tư xây dựng mới các công trình cầu tiêu tốn về vốn và thời gian rất nhiều Trong hoàn cảnh đất nước còn khó khăn thì việc sử dụng hiệu quả về vốn rất có

ý nghĩa Do đó, sửa chữa và tăng cường cầu để duy trì sự làm việc của các công trình cầu thêm một thời gian nữa là một việc làm rất cần thiết Vì vậy, vấn đề cần đặt ra là nghiên cứu lựa chọn phương pháp sửa chữa và tăng cường nào cho hiệu quả

Hiện nay, có một số phương pháp sữa chữa và tăng cường cầu được ứng dụng nhiều trong thực tế ở nước ta như: Tăng độ cứng ngang của kết cấu nhịp, sử dụng công nghệ dán bản thép, căng cáp dự ứng lực ngoài, bù tiết diện, liên tục hóa kết cấu nhịp, sử dụng công nghệ dán tấm chất d o sợi cacbon

Để đáp ứng vấn đề giao thông cũng như bài toán kinh tế, vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu, phân tích, đánh giá hiện trạng những cây cầu đó đang bị hư hỏng ở mức

độ nào, nguồn gốc gây ra hư hỏng và cuối cùng đưa ra biện pháp thay mới, nâng cấp cải tạo, sửa chữa tăng cường năng lực khai thác phù hợp với tình hình thực tế

Cầu Bàu tại Km1096+713 nằm trên Quốc lộ 1 thuộc địa phận huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi được thiết kế với tải trọng HS20-44 theo quy trình AASHTO92 bằng cáp DUL căng trước để phát huy hết khả năng làm việc của vật liệu ta phải tính toán đưa ra biện pháp sửa chữa nhằm đảm bảo khả năng chịu tải trọng HL93, đảm bảo giao thông và kinh tế nhất Vậy ta chọn công nghệ căng ngoài, nhằm ứng dụng rộng rãi

công nghệ này ở nước ta

3 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

- Nghiên cứu hiện trạng cầu Bàu tại Km1096+713 nằm trên Quốc lộ 1 thuộc địa phận huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi

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

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

- Nghiên cứu các biện pháp thi công và kiểm soát ứng suất – chuyển vị trong quá trình thi công căng cáp dự ứng lực ngoài

4 Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là cầu dầm đơn giản bê tông cốt thép (Cầu Bàu tại Km1096+713 nằm trên Quốc lộ 1 thuộc địa phận huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi, dầm chữ T (Đuôi cá), B=9,5m, Ldầm = 15,6m, Hdầm=(0,46-0,78)cm dưới tác dựng của tải trọng HL93

- Tính toán sự làm việc của cáp DUL ngoài cho cầu dầm DUL

- Nghiên cứu tính toán lực căng thực tế của dầm để đưa ra biện pháp thi công cho phù hợp

- Kiểm soát trong quá trình thi công dầm

5 Phương ph p nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, việc tính toán dựa trên mô hình lý thuyết, phân tích sơ đồ cầu thực tế trước và sau khi tăng cường

- Đo kiểm tra, tính toán sức chịu tải thực tế của cầu còn lại và xác định lực căn cáp DUL cần gia cường

- Kiểm tra ứng suất và chuyển vị trong quá trình thi công căng cáp DUL ngoài

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo trong luận văn

7 Tổng quan tài li u nghiên cứu

- Các tài liệu nghiên cứu được tìm trên thư viện và mạng Internet về gia cường cáp DUL ngoài

8 Ý nghĩa thực t của đề tài

- Đề tài nghiên cứu thực trạng cầu Bàu và đưa ra các biện pháp khắc phục sửa chữa để tăng cường sức chịu tải của cầu Bàu

- Kiểm soát ứng suất và chuyển vị trong quá trình thi công căng cáp DUL ngoài

CHƯƠNG 1 NÂNG CẤP DẦM CẦU CŨ DỰ ỨNG LỰC BẰNG PHƯƠNG PHÁP DỰ ỨNG LỰC NGO I1.1 Tổng quan về Cầu Bàu tại Km1096+713 nằm trên Quốc lộ 1 thuộc địa phận huy n Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi [1]

Hình 1.1: Hiện trạng cầu Bàu

1.1.1 K t cấu cầu:

Cầu Bàu đuợc thiết kế vào những năm 60 thuộc chế độ cộng hòa với tải trọng thiết kế HS20-44 theo quy trình AASHTO92 bằng cáp DUL căng trước với các nội dung sau:

- Chiều dài toàn cầu Ltc=46,5m

+ Cầu gồm 3 nhịp L=15,6m, mỗi nhịp gồm 10 dầm BTCT DUL tiết diện chữ

“T”, chiều cao dầm Hmin=0,46m; Hmax=0,78m, chiều dày bản mặt cầu cũ H=13cm Cầu đã được nhiều lần gia cường trong đó có gia cường thêm bản mặt cầu với chiều dày bản mặt cầu H=17cm và tổng chiều dày của bản mặt cầu H=30cm, khoảng cách tim các dầm chủ là 0,95m

+ Trên mỗi nhịp có 3 dầm ngang, 2 tại vị trí đầu dầm và 1 tại vị trí giữa nhịp

+ Đường hai đầu cầu và h thống iển o an toàn giao thông :

- Mặt đường bê tông nhựa hai đầu cầu rộng Bm=10,5m, Bn=13,5m và được vuốt nối nhỏ dần khi vào cầu

+ Mặt đường bằng BTN

+ Làn vào cầu bố trí hệ thống tường hộ lan mềm, chiều dài hộ lan mềm mỗi bên 24m (8 khoang c/k 3m)

+ Hai đầu cầu đặt biển báo tên cầu và biển báo tải trọng 20T

1.1.2 C c dạng hư hỏng trong t cấu nhịp cầu

1.1.2.1 K t cấu phần trên

 K t cấu nhịp:

Hiện tại kết cấu nhịp đã xuất hiện nhiều hƣ hỏng nhƣ nứt dầm chủ, bong vỡ bê tông dầm ngang, mối nối dọc Cụ thể nhƣ sau:

+ Khe co dãn trên trụ T2: Các tấm cao su khe co dãn bị bong bật, BTXM khe co dãn bị nứt vỡ hết, lộ cốt thép

+ Khe co dãn trên trụ M1: Các tấm cao su khe co dãn bị bong bật hoàn toàn, BTXM khe co dãn bị nứt vỡ lộ cốt thép

Các lớp mặt cầu:

Lớp bê tông nhựa mặt cầu dày trung bình 5cm Hiện trên mặt cầu đã xuất hiện một số hư hỏng như: Bong tróc, ổ gà và xuất hiện các vết nức ngang, dọc làm nước trên mặt cầu vẫn thấm qua và chảy loang xuống sườn dầm chủ

Lề bộ hành, lan can, tay vịn:

Cột lan can bằng ống thép Þ80mm, tay vịn bằng ống thép Þ120mm Bệ lan can bằng bê tông cốt thép

Hệ thống thoát nước mặt cầu:

Mỗi nhịp có 6 lỗ thoát nước (mỗi bên 3 lỗ) bằng ống nhựa PVC Þ100mm Gối cầu:

Gối cầu bằng cao su cốt bản thép

Đường hai đầu cầu và hệ thống biển báo an toàn giao thông :

Mặt đường bê tông nhựa hai đầu cầu rộng Bm=10,5m, nền đường Bn=13,5m và được vuốt nối nhỏ dần khi vào cầu

Làn vào cầu bố trí hệ thống tường hộ lan mềm, chiều dài hộ lan mềm mỗi bên 24m (8 khoang c/k 3m)

Hai đầu cầu đặt biển báo tên cầu và biển báo tải trọng 20T

Kết cấu phần dưới:

- Mố cầu: Hai mố có kết cấu giống nhau, xà mũ, tường đỉnh và tường cánh bằng BTCT, bờ chài trước mố và nón mố bằng đá hộc xây Chất lượng vật liệu xà mũ mố, tường cánh, bờ chài và nón mố chưa có dấu hiệu hư hỏng

- Trụ cầu: Các trụ có kết cấu giống nhau dạng trụ cọc BTCT, xà mũ trụ bằng BTCT đặt trên hai hàng cọc BTCT (mỗi hàng 6 cọc), tiết diện cọc (35x35)cm Chất lượng bê tông xà mũ và các cọc (phần trên mực nước khảo sát) quan sát bằng mắt thường chưa thấy có dấu hiệu hư hỏng

Hình 1.2: Hư hỏng mặt đường BTN trên cầu

Hình 1.3 Hư hỏng tại khe co giản

1.1.2.2 Nứt dọc trên mặt cầu

Đây là hư hỏng phổ biến nhất Vết nứt dọc xuất hiện trên phạm vi mối nối dọc của các loại dầm chữ T Trên 60% các loại cầu BTCT dầm chữ T được xây dựng từ trước những năm 1990 bị hư hỏng dạng này

Hình 1.4: Hư hỏng tại mối nối dọc của cầu

1.1.2.3 V t nứt ở ên trên thớt gối

Nguyên nhân là do cấu tạo cốt thép đặt ở đầu dầm không đủ và cấu tạo đầu dầm không hợp lý (neo đặt quá sát nhau, thớt gối ngắn,…Sự làm việc của thớt gối có ảnh hưởng đến loại vết nứt này Nếu gối di động bị kẹt không hoạt động tốt sẽ gây ra các ứng lực phụ làm tăng các vết nứt này

Hình 1.5: Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp cầu

1-Do co ngót 2-Nứt xiên 3- Nứt dọc tại chỗ tiếp giáp bản cánh và sườn dầm 4-Nứt ngang bản cánh trên 5-Nứt ngang bầu dầm dưới 6-Nứt dọc bầu dầm dưới 7-Nứt ở vùng sát gối 8-Nứt ngang ở đầu dầm

1.2 Tổng quan về c c i n ph p nâng cấp công trình cầu hi n nay

1.2.1 Gia cường ằng phương ph p tăng cường ti t di n

1.2.1.1 Nguyên tắc cấu tạo

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

- Tăng cường tiết diện BT;

- Tăng cường tiết diện cốt thép;

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

a) Tăng bề rộng và chiều cao tiết diện b) Tăng cốt thép chịu kéo

c) Tăng chiều cao và cốt thép chịu kéo Hình 1.6: Các dạng tiết diện tăng cường

Nếu mức độ tăng cường khả năng chịu lực của dầm không nhiều lắm thì chỉ 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 BT phun Có 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 Như vậy chiều cao của tiết diện được gia cường tăng lên 2 – 8 cm

Nếu 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 Chiều dày tối thiểu của phần bê tông ốp 30 – 40 mm khi dùng bê tông phun và không dưới 60mm khi đổ thủ công Độ sụt BT 3 – 4 cm khi sử dụng máy đầm và điều kiện dễ thao tác, 8 – 10 cm khi đầm bằng tay

1.2.1.2 Ưu nhược điểm của phương ph p tăng cường ti t di n

+ Ưu điểm: Có tính kinh tế, tốn ít vật liệu mà hiệu quả tăng cường khả năng

chịu lực cho kết cấu vẫn lớn, sửa chữa được những hư hỏng có trước, giữ nguyên tính toàn khối của kết cấu bê tông cốt thép Việc thi công không phức tạp, không có yêu cầu gì đặc biệt về vật tư, phương tiện

+ Nhược điểm: Chỉ áp dụng được cho kết cấu BTCT thường, thi công ở nơi

sông không sâu, không có khổ thông thuyền Không lưu thông được trên cầu khi tiến hành gia cường Sự tham gia làm việc của phần tăng cường với kết cấu cần tăng cường không được chặt chẽ như một khối thống nhất Vì phần bê tông cũ và bê tông mới có thể hình thành một mặt trượt do lực dính giữa chúng không thể đảm bảo như nguyên khối Hơn nữa, trong quá trình đóng rắn, phần bê tông mới sẽ bị co ngót, có nguy cơ phá vỡ độ dính kết với phần được tăng cường Đồng thời có sự chênh lệch về ứng suất giữa phần gia cường và phần được gia cường, càng làm tăng khả năng trượt giữa 2 lớp vật liệu cũ và mới, làm giảm hiệu quả của phần gia cường

1.2.2 Gia cường cầu ằng tấm polymer cốt sợi cac on (FRP)

1.2.2.1 Vật li u

Tấm FRP có cấu trúc nền là Epoxy và cấu trúc sợi là sợi cacbon Được đặt chủ yếu theo chiều dọc, sợi ngang ít hơn và được dệt vuông Tấm FRP thương phẩm có độ dày từ 1-1,5 mm và chiều rộng từ 50-100 mm Tấm này chứa 60-70% (theo thể tích) sợi cacbon với đường kính khoản 8µm, được rải theo hướng nhất định trong thảm

epoxy Sợi cacbon có mô-đun đàn hồi 240-900MPa và cường độ chịu kéo 7.000MPa

2.000-Sợi Cacbon là sợi có giá thành đắt nhất so với hai loại sợi thủy tinh và sợi aramid,

gấp 5-7 lần sợi thủy tinh Sợi cacbon nhẹ hơn và cường độ cao hơn khi so sánh với các sợi thủy tinh và aramid Chúng có sức kháng rất cao với tải trọng động, đặc biệt mỏi và từ biến, có hệ số giản nở nhiệt thấp Sợi cacbon được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân

và hữu cơ kết tinh ở nhiệt độ trên 20000C, sợi được xử lý nhiệt theo nhiều quá trình để tạo

ra các sợi các bon Sản phẩm sợi tạo thành có các thay đổi nên tồn tại nhiều loại sợi khác nhau

Hiện nay sợi cacbon ngày càng sử dụng phổ biến trong kết cấu xây dựng do chúng có các ưu điểm, như: Cường độ cao, trọng lượng nhẹ, khả năng chống mài mòn cao

Tính chất của tấm theo chiều dọc hầu như bị chi phối mạnh m bởi sợi cacbon Tấm FRP có Mô-đun đàn hồi 150-300 MPa và cường độ kéo 2.000-3.000 MPa Tương tự như sợi cacbon, đường biến thiên giữa ứng suất và độ biến dạng của các tấm là tuyến tính đàn hồi cho đến khi bị phá hủy Mặc dù vai trò của thảm epoxy đối với cường độ của các tấm là không đáng kể nhưng cường độ kéo khoản 60-90 MPa cao hơn rất nhiều so với cường độ bê tông là yếu tố phải có để truyền các ứng suất bám dính Độ biến dạng cực đại cao 3-5% đảm bảo sức chịu của các sợi đối với toàn

+ Truyền lực giữa các sợi riêng rẽ;

+ Bảo vệ bề mặt của các sợi khỏi bị mài mòn;

+ Bảo vệ các sợi, ngăn chặn mài mòn và các ảnh hưởng do môi trường;

+ Kết dính các sợi lại với nhau;

+ Phân bố, giữ vị trí các sợi vật liệu FRP;

+ Thích hợp về hóa học và nhiệt với cốt sợi

Trong vật liệu FRP thì chất d o nền có chức năng truyền lực giữa các sợi, còn cốt sợi chịu tải trọng, cường độ, độ cứng, ổn định nhiệt Chất d o nền dùng để sản xuất

vật liệu FRP thường sử dụng là viny lester, polyethylene, epoxy Trong đó, chất Epoxy

được sử dụng rộng rãi hơn hai chất kia, chất này có các ưu điểm chính là:

+ Không bay hơi và độ co ngót thấp trong suốt quá trình lưu hóa;

+ Sức khan rất tốt với sự thay đổi hóa học;

Hiện nay sợi cacbon và sợi thủy tinh với cấu trúc nền là epoxy được sử dụng rộng rãi Sợi aramid độ bền thấp, trong môi trường nhiệt độ cao thì làm việc kém Trong khi đó, sợi cacbon có mô đun đàn hồi cao nên được sử dụng phổ biến trong các kết cấu xây dựng

Đặc trưng cơ học của FRP phụ thuộc vào những yếu tố dưới đây:

+ Đặc trưng cơ học của sợi (sử dụng sợi cacbon, sợi aramid hay sợi thủy tinh);

+ Đặc trưng cơ học của chất nền (sử dụng Epoxy,Vinylester hay Polyester); + Tỷ lệ giữa sợi và chất nền trong cấu trúc FRP;

+ Hướng phân bố của các sợi trong chất nền

Bảng 1.2: Một số đặc trưng tiêu biểu của hệ thống tấm sợi FRP

Hệ thống FRP Loại sợi

Trọng lượng (g/m2)

Chiều dày thiết kế (mm)

Cường

độ chịu kéo (MPa)

Mô đun đàn hồi (GPa)

Kiểu tăng cường Ký hiệu

Đường kính (mm)

Diện tích (mm2)

Cường

độ chịu kéo [MPa]

Mô đun đàn hồi (GPa)

Một số hình ảnh tăng cường sức kháng uốn, cắt cho dầm bằng tấm sợi FRP

Hình 1.8: Bố trí tấm sợi FRP tăng cường sức kháng uốn

Hình 1.10: Tăng cường kháng sức cắt cho dầm BTCT bằng tấm sợi FRP

1.3 Tổng quan về công t c gia cường cầu cũ sử dụng công ngh căng c p dự ứng lực ngoài

Hiện nay, dự ứng lực DƯL rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới và một số lượng lớn cầu BTCT DƯL ngoài đã được xây dựng có sử dụng cáp dự ứng lực ngoài Công nghệ này đã được sử dụng để xây dựng cầu vào những năm 1920 và 1950 tại châu Âu Với việc xây dựng cầu Florida Key có sử dụng cáp dự ứng lực ngoài ở Mỹ, thì phương pháp này được phát triển nhanh chóng Việc chỉ sử dụng cáp dự ứng lực ngoài hoặc kết hợp với cáp dự ứng lực trong được tiến hành xây dựng cầu đặc biệt là ở Pháp Ở Nhật, từ việc sử dụng kết hợp cáp dự ứng lực trong và cáp dự ứng lực ngoài cho cầu Sassamegawa trên tuyến đường sắt cao tốc Tohoku Shinkansen vào năm 1985, thì DƯL ngoài được sử dụng nhiều hơn

Tại Việt Nam, phương pháp này được sử dụng cho tăng cường kết cấu nhịp cầu BTCT và kết cấu thép - bê tông liên hợp Được sử dụng công nghệ này ở các cầu: Vĩnh Điện cũ Với các cầu có nhiều nhịp giản đơn có thể liên tục hóa thành các liên,

mỗi liên có từ 2-5 nhịp giản đơn, khi đó sẽ giảm được khe co giãn, đồng thời tĩnh tải tính theo sơ đồ các nhịp giản đơn, hoạt tải theo sơ đồ các nhịp liên tục Phương pháp này được áp dụng ở cầu Đa Phúc (Hà Nội) Trường hợp cầu Đoan Hùng (Phú Thọ), Cầu Tân An cũ, cầu Sài Gòn, Mỏ Cày – Bến Tre

Hình 1.11: Cầu Sài Gòn Sau khi sửa chữa, gia cường công trình cầu khá

tốt, tải trọng khai thác tăng từ HS20-44 lên H30

1.3.1 Sơ lược về công ngh dự ứng lực ngoài

Cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo bê tông, thép cường độ cao Kết cấu BTCT DUL ngày càng được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong nghành xây dựng cầu Công nghệ chế tạo DUL cho bê tông, trong đó có công nghệ DUL ngoài với cáp DUL nằm ngoài kết cấu BT được áp dụng phổ biến trong thi công cầu và đặc biệt thích hợp với việc sửa chữa nhất là gia cường, nâng cấp và mở rộng các công trình BTCT nhằm khôi phục lại hoặc nâng cao khả năng chịu tải của công trình Dùng DUL ngoài để sửa chữa và nâng cấp các công trình cầu là phương pháp đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới như Pháp, Bỉ, Đức, Italia…

Một ý nghĩa quan trọng trong việc sử dụng DUL ngoài trong việc sửa chữa nhất

là gia cường, nâng cấp và mở rộng các công trình cầu BTCT cũ là đạt được hiệu quả kinh tế cao, đáp ứng được khả năng nguồn kinh phí trong điều kiện kinh tế trong nước đang còn gặp nhiều khó khăn Những năm vừa qua, thực tế trong công tác sửa chữa, nâng cấp một số cầu cũ, bên cạnh những giải pháp đã nêu ở trên, giải pháp sử dụng DUL ngoài đã tỏ ra là giải pháp hữu hiệu vừa có thể đáp ứng được cả yêu cầu về kỹ

thuật công trình, vừa có thể đáp ứng được yêu cầu về kinh tế trong điều kiện hiện tại của đất nước

Ở Việt Nam một số công trình cầu đã áp dụng công nghệ DUL ngoài trong sửa chữa và nâng cấp:

- Cầu Sài Gòn được gia cường, nâng cấp và mở rộng từ 19.63m lên 24m, cầu được tăng cường bằng DUL ngoài theo phương ngang và dọc cầu

- Cầu Chữ Y, cầu Rạch Chiếc (TP Hồ Chí Minh)

- Cầu Ba Lai, cầu Cái Cấm, cầu Mỏ Cày, (QL60-Bến Tre)

- Cầu Đoan Hùng (Phú Thọ)

- Cầu Đa Phúc (Thái Nguyên)

- Cầu An Dương ở TP Hải Phòng

- Cầu Vĩnh Điện ở Quảng Nam

1.3.2 Kh i ni m về dự ứng lực ngoài

Kết cấu BTCT DUL ngoài là kết cấu BT DUL có cốt thép DUL đặt ngoài tiết diện bê tông DUL chỉ tác động vào tiết diện bê tông từ bên ngoài qua một số điểm liên kết, tại đó cốt thép DUL và bê tông cùng biến dạng

Trong công trình có DUL ngoài, thép DUL chỉ liên kết cứng với BT ở một số điểm hạn chế để chuyển DUL vào bê tông, thép và bê tông chỉ cùng biến dạng ở những điểm đó Công nghệ DUL ngoài chỉ tác động vào bê tông như một ngoại lực tác động ở những điểm có liên kết

- Về cấu tạo: Có những bộ phận riêng không giống như kết cấu BT DUL trong Những bộ phận này phải được tính toán và cấu tạo chi tiết có xét tới tình trạng cầu cũ

và sự làm việc của cầu sau khi tăng cường bằng DUL

- Về thi công: Đối với công trình sử dụng DUL trong sau khi căng kéo thép mới bơm vữa còn đối với công trình áp dụng DUL ngoài thì bơm vữa xi măng rồi mới căng cáp DUL

1.3.3 Phạm vi ứng dụng

* Đối với công trình cầu làm mới

- Trong các nhịp cầu lớn BTCT DUL cần thiết phải có nhiều cáp DUL Mặc dù

đã mở rộng tiết diện nới cần đặt cáp DUL và bó cáp thành những bó lớn, nhưng khi đặt trong bê tông, khoảng cách giữa các bó vẫn thấy bị hạn chế không đủ không gian để bê

tông ướt lọt vào dễ dàng và việc đầm rung nhất thiết phải bằng đầm dùi, thực hiện không thuận lợi Như vậy bê tông không đạt được chất lượng mong muốn Lúc đó một

số bó cáp vẫn đặt trong bê tông số còn lại đặt ngoài bê tông

- Các nhịp cầu dầm liên tục thi công bằng phương pháp đúc hoặc lắp hẫng từ đoạn trên trụ và phía giữa nhịp cầu, đổ bê tông hợp long và căng kéo cốt thép liên tục hoá Những cốt thép liên tục hoá đó thường dùng cáp DUL đặt ngoài tiết diện bê tông

* Đối với công trình đang khai thác cần sửa chữa, nâng cấp, mở rộng

- Các nhịp cầu BTCT thường bị nứt lớn, nhiều kể cả những vết nứt đang phát triển, dùng DUL ngoài để khép kín một cách hệ thống các vết nứt và nếu cần có thể nâng cấp nhịp cầu

- Thay thế các bó cáp DUL cũ bằng bó cáp DUL mới nếu thấy chúng bị rỉ hoặc

có nguy cơ bị rỉ Có thể dự kiến thay cáp khi thiết kế và thi công Cũng có thể thay ở trường hợp không dự kiến bằng cách căng dần bó cáp ngoài và vô hiệu hoá dần cáp trong bị rỉ hoặc có nguy cơ rỉ

- Liên tục hoá hai hay vài nhịp cầu tĩnh định để tăng cường khả năng chịu lực, hạn chế dao động hoặc biến dạng Ví dụ:

+ Có 3 nhịp cầu giản đơn liên tục hoá thành nhịp liên tục ba nhịp

+ Có nhịp cánh dầm T dầm treo hoặc dầm hẫng chốt giữa liên tục hoá thành dầm khung liên tục hoặc dầm liên tục ba nhịp

- Trong cầu BTCT không dầm ngang thường hay bị nứt nghiêm trọng có thể dùng DUL ngoài để khép kín các vết nứt đồng thời có thể bố trí các dầm ngang để liên kết các phiến dầm dọc

- Các cầu gồm nhiều phiến dầm đúc sẵn liên kết ngang bằng cáp ngang đặt trong bê tông do thực hiện công nghệ DUL cáp ngang không chuẩn qua thời gian cáp ngang bị rỉ đứt và liên kết bị phá vỡ

- Các nhịp cầu đang khai thác khi cần mở rộng, có thể bố trí các công xon gắn vào thành biên của dầm cũ và căng cáp ngoài để liên kết chặt với công trình cũ

- Trong phạm vi ứng dụng DUL ngoài đối với các cầu làm mới, cáp ngoài chỉ cần thiết cho các cầu lớn và còn cân nhắc đến biện pháp DUL trong Riêng ứng dụng DUL ngoài vào các công trình đã làm và đang khai thác thì hiện nay có giá trị thực tế

áp dụng lớn hơn vào công tác sửa chữa, nâng cấp, mở rộng Đối với những công trình

như vậy không thể dùng DUL trong nếu mở rộng tiết diện (theo chiều rộng hoặc chiều cao) thì không đủ độ tin cậy

- Riêng dùng biện pháp DUL có thể bao trùm được nhiều loại khẩu độ, khép kín các vết nứt bằng ứng suất nén và có thể vừa thi công vừa khai thác như nhiều công trình trong nước đã thi công

Tóm lại biện pháp DUL ngoài để sửa chữa và nâng cấp, mở rộng các nhịp cầu đang khai thác là biện pháp có hệ thống bài bản và chủ động, đạt độ tin cậy cao

1.3.4 C c hình thức ố trí c p DUL ngoài

Thường chúng ta có hai cách bố trí cáp ngoài dọc cầu, như sau:

- Bố trí theo tuyến cáp thẳng: Bố trí theo cách này đơn giản và dễ thi công vì không có các chi tiết chuyển hướng, không phải bố trí cấu tạo phức tạp ở điểm gẫy khúc Ma sát cốt thép trên thực tế coi như bằng không Nhưng nhược điểm là hiệu suất kém không cải thiện được sức chống cắt của dầm Tuyến thẳng không tranh thủ được

độ lệch tâm của cáp DUL ngoài

2

B-B

B 3

4

Hình 1.13: Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngoài tuyến cáp gẫy khúc

1- Dầm chủ BTCT; 2- Vấu neo cáp DUL ngoài; 3- Cáp DUL ngoài;

4- Vấu chuyển hướng

- Bố trí theo tuyến cáp gẫy khúc: Tuyến cáp gẫy khúc đi sát theo biểu đồ mômen uốn hơn và tăng cường được sức chống cắt của dầm Tuy nhiên tuyến cáp này phải tạo ra các chi tiết chuyển hướng, làm tăng tĩnh tải và thi công khó khăn hơn Do gấp khúc nên khi căng kéo bị mất ứng suất do ma sát nhiều hơn Dù vậy nhưng trong thực tế tuyến cáp dạng này được sử dụng phổ biến hơn

2 1

Hình 1.14: Tăng cường dầm cầu đơn giản BTCT nhiều nhịp bằng DUL ngoài để liên

tục hoá các nhịp dầm

1- Dầm chủ BTCT; 2- Vấu neo cáp DUL ngoài; 3- Cáp DUL ngoài;

4- Vấu chuyển hướng

1.3.5 C c giả thi t trong tính to n và cấu tạo

Các bó cáp DUL ngoài không cùng biến dạng với bê tông tiết diện có nghĩa là

không cùng chịu lực (ngoài các điểm liên kết neo ở chỗ chuyển hướng) cho nên khi

xác định tính năng tiết diện trong giai đoạn làm việc đàn hồi của kết cấu, không tính đổi thép theo tỷ lệ môđun đàn hồi

Không xét sự thay đổi lực căng các bó cáp DUL ngoài khi có hoạt tải hoặc khi nhiệt độ thay đổi Ở trạng thái thứ nhất khi biến dạng bê tông lớn nhất cũng không tính

số gia của bó cáp DUL ngoài và cần hạn chế giới hạn kéo dài của bê tông

Trong DUL ngoài không tính mất mát ứng suất của các bó cáp căng trước khi căng các bó sau Nhưng các bó cáp DUL ngoài tác động vào BT kết cấu cho nên các bó cáp DUL trong có sẵn phải chịu mất mát ứng suất Điều không làm với DUL trong thì nhất thiết phải làm với DUL ngoài là kiểm toán trạng thái giới hạn

về mất ổn định hình dạng nếu bó cáp không liên kết chặt với bê tông một đoạn dài

Vì cốt thép DUL ngoài không cùng chế độ dao động như bản thân kết cấu, phải tính toán và cấu tạo cho chu kì dao động của bó cáp khác xa với chu kì dao động của kết cấu

Xác định lượng cáp DUL dọc trong bê tông có nghĩa là xác định lực tối đa khi căng kéo và lực tối thiểu có hiệu của mỗi bó cáp, số lượng các bó cáp và vị trí đặt của chúng sao cho cân bằng được ứng suất kéo khi hoạt tải tác động

1.3.6 Các hình thức cấu tạo ố trí c p ngoài dọc cầu

* Mục đích việc đặt cáp ngoài dọc cầu

Cáp ngoài bố trí dọc cầu nhằm bổ sung cho sự thiếu hụt về sức chịu lực đối với hiện tượng uốn Khiếm khuyết này thể hiện các vết nứt ở miền chịu kéo, như sau:

- Thẳng đứng ở khoảng giữa dầm đối với dầm giản đơn còn ở dầm liên tục thì chủ yếu ở đoạn cách gối ở 0.2-0.3L tức là ở đoạn giữa hai vùng mômen bằng không, với dầm được thực hiện từng đợt một, liên tiếp thì những vết nứt phần lớn tập trung vào tiết diện mối nối ở đó sự liên tục liền khối của bê tông là yếu kém

- Hơi xiên ở vùng các gối tựa, ở mép dầm các vết nứt đi thẳng một đoạn nhỏ, sau đó bê tông chịu tác động của lực cắt lên đi xiên cho đến cuối

Các vết nứt này làm cho các cốt thép cấu tạo cũng như CT DUL có nguy cơ bị

rỉ nhanh chóng Ngoài ra khi biến thiên lực căng trong bê tông vượt qua giới hạn 100 MPa thì phát sinh hiện tượng mỏi của cốt thép Khi các vết nứt phát triển nhiều thì nó làm thay đổi sức chịu lực chung của toàn công trình do đó giảm độ cứng dọc của dầm,

độ võng tăng lên do mômen quán tính giảm sút

Nguyên nhân phát sinh và phát triển các vết nứt này chủ yếu là do công trình tính toán không đủ sức chịu lực và trong khi thi công có thiếu sót về chất lượng vật liệu, bố

trí cốt thép không đúng bản vẽ, thiếu hụt kích thước hoặc không điều chỉnh các khuyết tật ban đầu Trong tính toán phổ biến là không đủ tĩnh tải và các tải trọng thường xuyên như lớp phủ mặt cầu xe chạy, cần phải bổ sung làm mới trang thiết bị trên cầu mà không

dự kiến trước như giải phân cách, cột đèn, đường ống nước đi qua Ngoài ra cũng có những vết nứt phát sinh do những hiện tượng không nắm bắt và đánh giá đúng như: Sự lan toả của DUL, sự phân phối ứng suất của một lực tập trung, hiện tượng kéo theo làm

nứt bê tông sau neo khi đặt neo ở lưng chừng (không phải đầu kết cấu)

* Các bộ phận để neo cáp ngoài

+ Neo đặt trực tiếp vào kết cấu chủ thể: Nếu có thể được, neo đặt trực tiếp thì

sẽ có nhiều thuận tiện Nơi đặt có thể là dầm ngang đầu dầm hoặc các dầm ngang trung gian cũng như bản ngăn, ở những bộ phận này cần khoan các lỗ cho cáp ngoài cùng ống dẫn của nó đi qua Với các số liệu điều tra khảo sát được với các dầm ngang, bản ngăn là phải tính toán lại để nó đáp ứng yêu cầu cũa các lực tập trung truyền qua neo đồng thời phải kiểm toán sức chịu lực cắt ở dầm biên, nơi dầm ngang, bản ngăn liên kết với dầm

Thông thường các dầm ngang, kể cả dầm ngang đầu dầm và các bản ngăn trong kết cấu chủ thể chỉ thiết kế để tăng cường độ cứng ngang và chống xoắn cho nên ít đáp ứng được với các tác động mới Vì vậy trong nhiều trường hợp các bộ phận kết cấu này không chịu được mà phải gia cố cục bộ

+ Neo đặt vào các kết cấu bổ sung

Các bộ phận kết cấu đặt bổ sung thường dùng là: Khối hoặc dầm ngang đầu dầm đặt bổ sung; Đặt các gối tựa bổ sung tại các bản ngăn có sẵn; Vấu neo đặt ngoài; Khối và vách ngăn bổ sung

- Khối hoặc dầm ngang đầu dầm đặt bổ sung: Giải pháp này được áp dụng khi

có điều kiện đúc đằng sau dầm ngang dầu dầm một khối BTCT DUL, cấu kiện này đảm bảo phân bố lực tập trung mà nó có nhiệm vụ truyền vào thành dầm hoặc thành và bản dầm

Hình 1.15: Neo đặt vào khối dầm ngang đầu dầm

- Gối tựa bổ sung cho các bản ngăn: Đây là một trong các giải pháp neo trực tiếp vào kết cấu khi sức chịu của bản ngăn không đủ chịu lực, hoặc bản ngăn cùng liên kết nó với thành dầm không đủ chịu lực

Trong trường hợp này ta gia cường bản ngăn bằng cách đúc hoặc lắp các khối BTCT làm các điểm tựa trung gian cho bản ngăn Ngoài ra gia cường liên kết bản ngăn với thành dầm bằng cốt thép DUL để ép chặt các mặt liên kết

Đôi khi có đế neo DUL ngoài vào các khung thép với cấu tạo làm sao cho DUL ngoài truyền trực tiếp vào dầm mà ít tác động đến bản ngăn

- Vấu neo đặt ngoài: Khi vùng cần phải gia cường có chiều dài hạn chế như trường hợp chỉ yêu cầu gia cường cục bộ của một phần của nhịp hoặc khi không có khả năng kéo dài toàn bộ DUL đến tận đầu dầm như trường hợp đầu dầm hoặc dầm biên chịu nén quá mức hoặc do kết cấu buộc neo DUL ngoài ở phía trong nhịp như trường hợp có nhiều dầm độc lập kề nhau thì phải dùng biện pháp tạo các vấu ngoài bê tông tiết diện để đặt neo

1.3.7 Ưu, nhược điểm

+ Ưu điểm :

- Chi phí r so với việc phải xây dựng lại các bộ phận chính, các thiết bị dể sử dụng và gọn nhẹ

- Sức kháng cắt và sức kháng uốn đều tăng mà không làm tăng tĩnh tải kết cấu

- Kết cấu hở nên dể kiểm tra bảo dưỡng, làm tăng độ tin cậy

- Các tao cáp có thể căng kéo hay thay đổi khi cần thiết

- Không ảnh hưởng lớn đến sự khai thác bình thường của cầu

+ Nhược điểm :

C¸p ngoµiKhèi ®Çu dÇm

- Ứng dụng của phương pháp phụ thuộc vào điều kiện hữu hiệu của công trình Các bê tông có cường độ xấu không thể kéo quá cường độ cho phép Do vậy cần phải tiến hành khảo sát kỹ lưỡng và có các biện pháp gia cường trước khi tiến hành căng kéo

- Việc thi công các ụ neo và ụ chuyển hướng có thể khó khăn, Có thể ảnh hưởng đến cáp DƯL bên trong khi tiến hành khoan thi công ụ neo

- Cáp DƯL không có tính bền với môi trường Chịu va đập, chịu lửa kém

- Khó khăn trong việc xác định sức kháng cắt của dầm

- Phạm vi thi công thường chật hẹp

- Tính thẩm mỹ của công trình không cao

1.4 Những hó hăn trong qu trình căng c p dự ứng lực ngoài

- Bố trí bệ neo tại đầu dầm

- Bố trí vách chuyển hướng

- Xác định chính xác khả năng chịu lực còn lại của dầm

- Xác định và kiểm soát ứng suất và chuyển vị của dầm trong quá trình căng cáp

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THI T K GIA CƯỜNG CẦU B U

BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGO I2.1 Cơ sở dự đo n lực căng còn lại của cầu cũ

Để xác định lực căng còn lại của dầm trên cơ sở đó xác định được sức chịu tải còn lại của dầm dựa trên cơ sở lực căng còn lại trong dầm (theo lý thuyết), độ võng do tỉnh tải gây ra, độ võng do hoạt tải gây ra

2.1.1 X c định độ vồng do c p dự ứng lực trong dầm gây ra: (Theo lý thuyết)

Ec: Mô đun đàn hồi của bê tông (Mpa)

Ic: Mômen quán tính của mặt cắt bê tông (mm4)

Do lực căng của cáp DUL còn lại xác định trên kết quả kiểm định cầu năm

2017 số liệu đến nay không còn chính xác nữa nên chỉ mang tính chất tham khảo

2.1.2 X c định độ võng của cầu do tỉnh tải gây ra

(2.2)

Trong đó:

t : Độ võng do tĩnh tải gây ra (mm)

L: Chiều dài nhịp (mm)

Ec: Mô đun đàn hồi của bê tông (Mpa)

Ic: Mômen quán tính của mặt cắt bê tông (mm4)

q: Tỉnh tải rãi đều (KN/m)

2.1.3 Tính to n lực éo còn lại thực t trong c p DƯL: (Trường hợp không có hoạt

c c

P e Lδ

8.E I



4 t

c c

5.q.L δ

384.E I



s c c

e 2 -3 s

δ 8.E IP

e L 10



s =dt - t (2.4)

dt: Độ võng đo thực tế tại hiện trường với tỉnh tải của cầu (mm)

Pe: Lực kéo còn lại trong cáp dự ứng lực của dầm (KN)

es: Độ lệch tâm cáp dự ứng lực (mm)

L: Chiều dài nhịp (mm)

Ec: Mô đun đàn hồi của bê tông (Mpa)

Ic: Mômen quán tính của mặt cắt bê tông (mm4)

2.1.4 X c định độ võng của cầu khi có hoạt tải gây ra

(2.5)

Trong đó:

h : Độ võng do hoạt tải gây ra (mm)

L: Chiều dài nhịp (mm)

Ec: Mô đun đàn hồi của bê tông (Mpa)

Ic: Mômen quán tính của mặt cắt bê tông (mm4)

P: Hoạt tải chất trên cầu

b: Khoảng cách từ đầu dầm đến điểm đặc lực

2.1.5 Tính to n lực éo còn lại thực t trong c p DƯL (Trường hợp có hoạt tải)

(2.6)

Trong đó:

u : Độ vồng do cáp dự ứng lực gây ra khi xác định bằng cách đo độ võng thực

tế tại hiện trường với hoạt tải và tỉnh tải của cầu gây ra (mm)

Ec: Mô đun đàn hồi của bê tông (Mpa)

Ic: Mômen quán tính của mặt cắt bê tông (mm4)

2 2 h

δ 8.E IP

e L 10

u



Trên cơ sở lực căng còn lại của dầm ta xác định được khả năng chịu tải còn lại của dầm để đưa ra biện pháp cần gia cường để đảm bảo cầu đủ khả năng chịu tải trọng HL93

2.2 Tính to n lượng c p dự ứng lực cần ổ sung

2.2.1 X c định sức h ng uốn còn lại trong dầm

Sức kháng uốn còn lại trong dầm được xác định theo công thức:

)2

h2

a(h)βb(b0.85f')

2

a(dfA

f 1 w c

p ps ps

fpu: Lực kéo còn lại trong cáp

fpy: Giới hạn chảy của thép DUL trong dầm

Ktgi: Hệ số triết giảm đối với cáp DƯL trong dầm

dp: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL trong dầm a: Chiều dày khối ứng suất tương đương được xác định theo công thức

hf: Chiều dày cánh chịu nén

Trên cơ sở sức kháng uốn còn lại trong dầm ta kiểm toán khả năng chịu tải trọng ở các trạng thái giới hạn dưới tác dụng của tải trọng HL93 Sau khi kiểm tra nếu cầu đủ khả năng chịu tải trọng HL93 thì không cần phải tính toán gia cường ngược lại

pu p

ps pu 1 c w f

f

c 1 w ps d

A f 0.85β f '(b b )h c

0.85f' β b kA





nếu không đủ khả năng chịu tải trọng HL93 thì tính toán lượng cáp DUL cần gia

cường để cầu đủ khả năng chịu tải trọng HL93

2.2.3 Kiểm to n sức h ng cắt còn lại trong dầm

Điều kiện kiểm toán: Vr = Vn > Vu (2.15)

Trong đó: Hệ số sức kháng cắt: 

Sức kháng cắt danh định Vn là giá trị nhỏ hơn trong 2 giá trị sau:

Vn1 = Vc + Vs + Vp (2.16)

Vn2 = 0.25fc'bvdv (2.17) Sức kháng cắt danh định của bê tông: (2.18)

Sức kháng cắt danh định của cốt thép thường trong dầm:

(2.19)

Vp: Thành phần DUL trên hướng lực cắt tác dụng sau khi trừ đi mất mát ứng

suất

2.2.4 Kiểm to n ứng suất trong giai đoạn sử dụng

Giới hạn ứng suất kéo trong bê tông: (2.20)

Giới hạn ứng suất nén trong bê tông:

c 0.083β f' b d

v y v s

A f d (cot cot ) sin