ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO, SỬA CHỮA CẦU NHƠN HÒA, ĐƯỜNG HUYỆN 26, TỈNH TRÀ VINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Tóm tắt: Đánh giá năng lực chịu tải của cầu trên hệ thống giao thông thuộc huyện Tiểu Cần và giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa là áp dụng các phương pháp đánh giá cầu để xác định các

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRANG HOÀNG THUẤN

ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ ĐỀ XUẤT

GIẢI PHÁP CẢI TẠO, SỬA CHỮA CẦU NHƠN HÒA,

ĐƯỜNG HUYỆN 26, TỈNH TRÀ VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng, Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRANG HOÀNG THUẤN

ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ ĐỀ XUẤT

GIẢI PHÁP CẢI TẠO, SỬA CHỮA CẦU NHƠN HÒA,

ĐƯỜNG HUYỆN 26, TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HOÀNG PHƯƠNG HOA

Đà Nẵng, Năm 2019

Học viên xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Hoàng Phương Hoa đã tận tình hướng dẫn - chỉ bảo trong quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ, giảng viên Khoa Xây dựng Cầu đường, Phòng KH, SĐH & HTQT Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, Ban đào tạo Sau đại học - Đại học Đà Nẵng, cùng gia đình, bạn bè đã động viên và tạo điều kiện cho học viên trong thời gian học cao học và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Với thời gian nghiên cứu và năng lực bản thân còn hạn chế, luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tồn tại Học viên rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn Trân trọng cảm ơn !

LỜI CAM ĐOAN

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

Các số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trang Hoàng Thuấn

GIẢI PHÁP CẢI TẠO, SỬA CHỮA CẦU NHƠN HÒA,

ĐƯỜNG HUYỆN 26, TỈNH TRÀ VINH

Học viên: Trang Hoàng Thuấn, Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 85.80.205 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học

Đà Nẵng

Tóm tắt: Đánh giá năng lực chịu tải của cầu trên hệ thống giao thông thuộc huyện Tiểu Cần và giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa là áp dụng các phương pháp đánh giá cầu để xác định các nguyên nhân hư hỏng, năng lực chịu tải thực tế của cầu; nhu cầu vận chuyển hàng hoá, từ đó có giải pháp nâng cấp sửa chữa Đồng thời đánh giá lại việc cắm biển tải trọng cầu tại thời điểm khảo sát so với QCVN 41:2016/BGTVT của Bộ Giao thông vận tải để các loại xe có số lượng trục, tải trọng khác nhau có thể hợp pháp qua cầu mà không gây nguy hiểm cho kết cấu Trong nội dung luận văn tác giả chọn 01 cầu BTCT là Cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh để tiến hành thực nghiệm

và đánh giá năng lực chịu tải của cầu Áp dụng phương pháp đánh giá cầu theo tiêu chuẩn AASSHTO, từ kết quả đánh giá tác giả chọn giải pháp gia cường cho cầu là dán vật liệu FRP (Fiber Reinforced Polymer), từ kết quả tính toán đề xuất cắm biển tải trọng hợp pháp trước khi gia cường và sau khi gia cường, đảm bảo phục vụ tốt cho việc vận chuyển hàng hoá và an toàn cho công trình cầu

Từ khóa: Đánh giá, năng lực chịu tải, cầu thép, thiết kế, nâng cấp sửa chữa Summary: The assessment of the load-carrying capacity of some bridges on the

transport system of Tra Vinh province and the design solution for improvement and repair is to apply the method of bridge assessment to identify causes of damage and performance, the actual bearing load of the bridge; Demand for transportation of goods, from which solutions to improve and repair Meanwhile, it is necessary to evaluate weight limit of the old bridges at the time when these bridges were monitored compared to QCVN 41:2016/BGTVT standard enacted by Ministry of Transport which allows vehicles with different axle and weight to pass the bridge without endangering its structure members In this thesis, a steel bridge located on Provincial

to assess in the study is AASHTO LRFD Based on the results of the examination, using steel plate to add to the bottom of steel girder and FRP (Fiber Reinforced Polymer) material to cover reinforced concrete beam bridge were chosen as two solutions to strengthen bridge performance Eventually, to ensure bridge safety and best service for the carriage of products, the research suggested the appropriate weight limit of bridges before and after the time when adding strength to these two selected bridges took place

Keyword: Evaluation, load-carrying capacity, steel bridge, reinforced concrete, strengthen

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU………… ……….……….……….….1

1 Lý do chọn đề tài……….……… 1

2 Đối tượng nghiên cứu……….……….1

3 Phạm vi nghiên cứu……….……… ….…2

4 Mục tiêu nghiên cứu……… ……….…2

5 Phương pháp nghiên cứu……….……… ….2

6 Cấu trúc của luận văn……….… … 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN TIỂU CẦN……… 3

1.1 Sơ lược đặc điểm và tình hình kinh tế-xã hội huyện Tiểu Cần…… …… 3

1.2 Hiện trạng mạng lưới giao thông trên địa bàn huyện Tiểu Cần 3

1.2.1 Hệ thống đường bộ 4

1.2.2 Hệ thống cầu trên đường bộ……….……… … 4

1.3 Hiện trạng hư hỏng chủ yếu các cầu trên địa bàn huyện Tıểu Cần 5

1.3.1 Cầu trên Quốc lộ……….………….… 5

1.3.2 Cầu trên Đường tỉnh.……… ….………….5

1.3.3 Một số hư hỏng đặc trưng của các cầu trên địa bàn huyện Tiểu Cần………8

1.3.4 Một số hư hỏng đặc trưng của các cầu trên địa bàn huyện Tiểu Cần.… 10

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1……….……… … 10

CHƯƠNG 2.CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU………… ………… 12

2.1.Cơ sở pháp lý đánh giá năng lực chịu tải của cầu 12

2.1.1 Cơ sở pháp lý……… ……… 12

2.1.2 Các phương pháp thử tải cầu……… ……….… 13

2.1.3 Các phương pháp đánh giá cầu……… ……….… 15

2.1.4 Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng……… … 15

trọng và hệ số sức kháng……….……… … 17

2.1.6 Tính toán khả năng chịu tải C………….……… …… 19

2.1.7 Hiệu ứng tải trọng……… 20

2.2 Đánh giá năng chịu tải một số cầu trên địa bàn huyện Tiểu Cần.…….….22

2.2.1 Cơ sở lựa chọn một số cầu để đánh giá và nâng cấp tải trọng … 22

2.2.2 Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Nhơn Hòa…… ……….….22

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2… ……… …………37

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI MỘT SỐ CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH 39

3.1 Một số giải pháp gia cường trong cầu bê tông cốt thép 39

3.1.1.Gia cường cầu BTCT và BTCT dự ứng lực 39

3.1.2 Lựa chọn giải pháp gia cường cho cầu Nhơn Hòa 39

3.2.Thiết kế gia cường kết cấu nhịp cầu Nhơn Hòa 39

3.2.1 Cơ sở tính toán gia cường bằng vật liệu FRP đối với dầm BTCT DƯL… 39

3.2.2 Tính toán tăng cường sức kháng uốn dầm bê tông ứng suất trước theo tiêu chuẩn ACI220,2R-08 [13] 43

3.2.3 Thiết kế gia cương kết cấu nhịp dầm……… ……….… 49

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

1 Kết luận 53

2 Kiến nghị 53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

2.3 Khoảng cách và tải trọng các trục của xe tải đo 24

Xác định sức kháng uốn của tiết diện dầm chủ tại giữa nhịp

Xác định sức kháng cắt của tiết diện dầm chủ tại gối

Hệ số tình trạng kết cấu

35

36

36

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

1.3 Hư hỏng nặng lớp bê tông bảo vệ và cốt thép dầm chủ 6

2.3 Xếp tải tĩnh và thiết bị đo tại giữa nhịp 1 theo phương dọc cầu 24 2.4 Các thế tải và thiết bị đo chuyển vị nhịp 1 theo phương ngang cầu 24 2.5 Xếp tải tĩnh và thiết bị đo tại giữa nhịp 2 theo phương dọc cầu 25 2.6 Các thế tải và thiết bị đo chuyển vị nhịp 2 theo phương ngang cầu 26

3.2 Biến dạng dầm BTCT DƯL trường hợp phá hoại đồng thời 40 3.3 Biểu đồ biến dạng dầm BTCT DƯL trường hợp tấm sợi đứt 42 3.4 Tăng cường sức kháng cắt cho dầm BTCT bằng tấm sợi FRP 48 3.5

3.6

3.7

Gia cường dầm chủ theo phương dọc cầu Gia cường dầm chủ theo phương ngang cầu Cấm biển tải trọng cầu

PHẦN MỞ ĐẦU

Giới thiệu tổng quan về lý do chọn đề tài, các đối tượng và phạm vi nghiên

cứu của đề tài từ đó đề ra mục tiêu cần đạt được khi chọn đề tài “Đánh giá năng lực chịu tải và đề xuất giải pháp cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường huyện

26, tỉnh Trà Vinh” làm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm qua, dưới sự lãnh đạo của Đảng và sự điều hành của nhà nước nên đời sống người dân cũng như cơ sở hạ tầng giao thông nông thôn tỉnh Trà Vinh đã cơ bản thay đổi và đạt được những thành tựu đáng khích lệ Năng suất, chất lượng và hiệu quả của sản xuất nông nghiệp thủy sản phát triển với tốc độ khá cao; hàng hóa nông sản được đa dạng rộng khắp các vùng lân cận Nhờ hệ thống cơ

sở hạ tầng đường bộ đã có bước phát triển vượt bậc so với những năm trước Hiện nay, Huyện Tiểu Cần kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp nên đời sống nhân dân còn gặp nhiều khó khăn Việc phát triển kinh tế nông thôn tăng chậm là do chi phí sản xuất cao, chất lượng hàng hóa nông sản thấp, kinh phí địa phương không đủ để đầu tư thay thế mới hàng loạt các cầu tải trọng thấp Mặc dù vậy, chất lượng hệ thống giao thông đường bộ trong các xã vẫn còn rất hạn chế Cầu Nhơn Hòa đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc phát triển kinh tế – xã hội: là phương tiện di chuyển, vận chuyển hàng hóa của nhân dân, là cầu nối với hệ thống đường trục chính (Quốc Lộ, Tỉnh Lộ, Hương Lộ, …) hình thành mạng lưới giao thông toàn diện, tạo điều kiện giao lưu Kinh tế – Văn hóa –

Xã hội giữa địa phương với các trung tâm lớn cũng như giữa các địa phương trong vùng với nhau Từ đó, góp phần đáng kể vào việc thúc đẩy sự phát triển kinh tế địa phương, nâng cao đời sống văn hóa tinh thần của người dân vùng sâu, vùng xa, thu dần khoảng cách giữa nông thôn và thành thị

Chính vì thế, người viết cho rằng việc tiến hành nghiên cứu có hệ thống về nhu cầu cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh là phù hợp với chương trình đào tạo và thực tiễn Với những thực tiễn trên, người viết đã lựa

chọn đề tài “Đánh giá năng lực chịu tải và đề xuất giải pháp cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh” làm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ

2 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài tiến hành nghiên cứu đánh giá năng lực chịu tải và đề xuất giải pháp cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh

3 Phạm vi nghiên cứu

Đánh giá năng lực chịu tải và đề xuất giải pháp cải tạo, sửa chữa cầu

Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh

Đề xuất các giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa cho cầu

4 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá năng lực chịu tải của Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh

Đề xuất các phương án thiết kế sửa chữa và nâng cấp năng lực chịu tải của cầu nói trên

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết Trong đó:

- Phương pháp thực nghiệm: được áp dụng để thực hiện các phép đo phục vụ xác định năng lực chịu tải thực tế của cầu được chọn làm đối tượng nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: xây dựng mô hình tính toán lý thuyết nhằm đánh giá năng lực của kết cấu cầu và lựa chọn giải pháp thiết kế đáp ứng nhu cầu kinh tế

- kỹ thuật

6 Cấu trúc của luận văn

Để đạt được mục tiêu nêu trên, luận văn trình bày trong 03 chương

Phần mở đầu

Chương 1: Tổng quan về hệ thống cầu trên địa bàn huyện Tiểu Cần

Chương 2: Cơ sở đánh giá năng lực chịu tải và các giải pháp nâng cao năng lực chịu tải của cầu

Chương 3: Đề xuất giải pháp nâng cấp tải trọng đối với cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN

HUYỆN TIỂU CẦN

Trong chương 1 tác giả giới thiệu sơ lược về đặc điểm, tình hình kinh tế- xã hội huyện Tiểu Cần, hiện trạng mạng lưới giao thông trên địa bàn huyện Từ việc khảo sát thực tế các cầu trên địa bàn huyện cho thấy hiện trạng các hư hỏng phổ biến đối với các công trình cầu BTCT, cầu BTCT DƯL, cầu thép

1.1 Sơ lược đặc điểm và tình hình kinh tế- xã hội huyện Tiểu Cần

Huyện Tiểu Cần nằm ở phía Tây của tỉnh Trà Vinh, cách trung tâm tỉnh 24 km theo Quốc lộ 60, thuộc tả ngạn sông Hậu có vị trí quan trọng về chính trị, kinh tế và an ninh quốc phòng của tỉnh Với tổng diện tích tự nhiên huyện là 22.722,97 ha (khoảng 227,2 km2), gồm 11 đơn vị hành chính với 02 thị trấn: thị trấn Tiểu Cần và thị trấn Cầu Quan và 09 xã: Phú Cần, Tập Ngãi, Hiếu Tử, Ngãi Hùng, Tân Hùng, Hùng Hòa, Hiếu Trung, Long Thới và Tân Hòa

Hình 1.1 Sơ đồ các đơn vị hành chính huyện Tiểu Cần

Tiểu Cần là huyện thuần nông, kinh tế chủ yếu là nông nghiệp Các ngành công nghiệp – xây dựng và thương mại – dịch vụ đang phát triển, tuy nhiên tốc độ còn chậm Trong nội bộ ngành nông nghiệp, trồng trọt vẫn chiếm vai trò chủ đạo, nuôi trồng thủy sản đang phát triển dự trên nguồn lợi từ sông Hậu

1.2 Hiện trạng mạng lưới giao thông trên địa bàn huyện Tiều Cần

1.2.1 Hiện trạng mạng lưới giao thông trên địa bàn huyện Tiều Cần

- Giao thông đô thị:

+ Quốc lộ 54 đi ngang qua khu vực nghiên cứu, kết nối khu vực với các khu lân cận như thị trấn Cầu Kè, thị trấn Trà Cú,… Tổng chiều dài tuyến đi qua địa bàn huyện Tiểu Cần là 10,30 km; điểm đầu giáp xã Phong Thạnh, huyện Cầu Kè; điểm cuối giáp xã Tập Sơn, huyện Trà Cú; mặt đường bê tông nhựa rộng 9m; nền đường rộng 12m; chất lượng mặt đường khá tốt

+ Quốc lộ 60 đi ngang qua khu vực nghiên cứu, đồng thời là tuyến giao thông đối ngoại chính kết nối khu vực với các khu lân cận như trung tâm Tp Trà Vinh, tỉnh Sóc Trăng,…Tổng chiều dài tuyến đi qua địa bàn huyện Tiểu Cần là 19,70 km; điểm đầu giáp xã Song Lộc, huyện Châu Thành; điểm cuối giáp bến phà thị trấn Cầu Quan, huyện Tiểu Cần; mặt đường láng nhựa rộng 6m; nền đường rộng 9m; chất lượng mặt đường khá tốt

+ Tỉnh lộ 912: Tổng chiều dài tuyến là 10 km; điểm đầu giáp xã Thanh Mỹ, huyện Châu Thành; điểm cuối giáp xã An Quảng Hữu, huyện Trà Cú; mặt đường láng nhựa rộng 6m; nền đường rộng 9m; chất lượng tương đối tốt

+ Đường tránh QL60: mặt đườngbê tông nhựa rộng 9-36m

- Giao thông liên ấp, liên xã:

+ Ngoài các tuyến đường giao thông chính thì trên địa bàn khu vực nghiên cứu còn có nhiều tuyến đường liên ấp, liên xã, phần lớn mặt đường đã được láng nhựa với

bề rộng mặt đường từ 3,0-7,0m; nền đường rộng từ 3,5-9,0m; một số tuyến đường có

bề rộng nền đường từ 11-14m

Đường nội đồng phục vụ việc đi lại của người dân Đa số các tuyến đường này

là đường đất, đường đanl; rộng trung bình 1,5-2,0m; chất lượng trung bình, tuy nhiên

đã xuống cấp ở nhiều xã như xã Hùng Hòa, xã Tân Hùng, xã Tân Hòa…

1.2.2 Hệ thống cầu trên đường bộ

Hệ thống cầu trên địa bàn huyện có 30 cầu với tổng chiều dài là 1.458,12 m Trong đó Quốc lộ có 09 cầu với tổng chiều dài là 607,12 m; Đường tỉnh có 07 cầu với tổng chiều dài là 370m và Đường huyện có 14 cầu với tổng chiều dài là 481 m

1.2.2.1 Cầu bê tông cốt thép

Tổng số lượng cầu bê tông cốt thép là 23 cầu, quy mô cầu bê tông cốt thép vĩnh cửu với tổng chiều dài 1.458,12 m Trong đó:

- Đối với hệ thống đường Quốc lộ có 09 cầu với tổng chiều dài là 607,12 m khổ cầu đảm bảo cho 02 làn xe lưu thông (chiều rộng phần xe chạy trung bình từ 7,0m – 12,0m), tải trọng từ 25 đến 30 tấn trở lên phục vụ tốt cho viện vận chuyện hàng hóa

- Đối với hệ thống Đường tỉnh có 07 cầu với tổng chiều dài 370 m khổ cầu đảm bảo cho 02 làn xe lưu thông (chiều rộng phần xe chạy trung bình từ 6,0m – 7,0m), tải trọng 10 đến 18 tấn

- Đối với hệ thống Đường huyện có 14 cầu với tổng chiều dài 814 m, về khổ cầu rộng từ 2m đến 7m, tải trọng từ 1,5 tấn đến 18 tấn

1.2.2.2.Cầu thép

Trên địa bàn huyện hiện nay có 07 cầu thép với tổng chiều dài 290 m, số cầu thép này nằm trên các tuyến Đường huyện Cầu thép được đầu tư với tải trọng thấp từ

3 tấn đến 6 tấn, khổ cầu từ 3 m đến 3,3 m

1.3 Hiện trạng hư hỏng chủ yếu các cầu trên địa bàn huyện Tıểu Cần

1.3.1 Cầu trên Quốc lộ

Các cầu trên Quốc lộ được đầu tư trong khoảng thời gian từ năm 2000 cho đến nay nên các cầu đảm bảo khai thác tốt có tải trọng từ 25 tấn trở lên Quốc lộ có 09 cầu

với tổng chiều dài là 607,12 m

1.3.2 Cầu trên Đường tỉnh

Trên hệ thống đường tỉnh có 07 cầu, với tổng chiều dài là 370 m Các cầu này được đơn vị quản lý khai thác thường xuyên duy tu bảo dưỡng, tuy nhiên vẫn xảy ra một số hư hỏng, cụ thể:

(1) Cầu Đại Sư: có kết cấu thép liên hợp chiều dài 72 m gồm 03 nhịp 21.0 +

30.0 + 21.0; 02 nhịp biên sử dụng dầm thép I1100, nhịp giữa sử dụng dầm thép I 1.500, mặt cầu rộng 6,3m; tải trọng thiết kế: H18-X60, tải trọng khai thác hiện tại 13 tấn, được đưa vào sử dụng năm 2003 Hiện tại, mặt cầu lớp nhựa bảo vệ bị bong tróc, mặt cầu bị nứt có hiện tượng thấm nước, hệ mặt cầu dao động mạnh, đặc biệt là nhịp giữa khi xe có tải trọng từ 10-13 tấn lưu thông qua cầu, bê tông thân mố bị nứt, tường cánh bị xói và lún sụt, bê tông gờ chắn và hệ thống lan can bị nứt vỡ (Hình 1.2 và 1.3)

Hình 1.2 Hư hỏng lớp bê tông bảo vệ gờ lan can

Hình 1.3 Hư hỏng nặng lớp bê tông bảo vệ và cốt thép dầm chủ

(2) Cầu Cây Gáo (Hình 1.4): có kết cấu bằng BTCT 01 nhịp chiều dài 25,24m; sử

dụng dầm I, BTCT dự ứng lực, mặt cầu rộng 9m, tải trọng thiết kế: H18-X60, tải trọng khai thác hiện tại 18 tấn, được đưa vào sử dụng năm 2008 Hiện tại, mặt cầu có dấu hiệu rạn nứt mặt dưới, mố trụ và dầm còn tốt chưa xuất hiện dấu hiệu bất thường

Hình 1.4 Suy hao bê tông bản mặt cầu

(3) Cầu Tập Ngãi: Cầu có kết cấu bằng BTCT 01 nhịp chiều dài 25,24m; sử

dụng dầm I, BTCT dự ứng lực, mặt cầu rộng 9m, tải trọng thiết kế: H18-X60, tải trọng khai thác hiện tại 18 tấn, được đưa vào sử dụng năm 2008 Hiện tại, mặt cầu có dấu hiệu rạn nứt mặt dưới, mặt trên lớp BT nhựa bảo vệ bị bong tróc, mố bị xói và lún sụp

tường trước mố, khe co giãn đã bị hỏng ( Hình 1.5 và 1.6)

Hình 1.5 Hư hỏng lớp bê tông bảo vệ mặt cầu Tập Ngãi

Hình 1.6 Hư hỏng khe co giãn cầu Tập Ngãi

1.3.3 Cầu trên Đường huyện

(1) Cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh

- Đặc điểm hiện trạng cầu:

+ Cầu được đầu tư xây dựng giai đoạn năm 1999 với kết cấu nhịp BTCT DƯL tải trọng 3,5 T , không thể đáp ứng khả năng khai thác trong tương lai (0,5 HL 93);

+ Kết cấu trụ dẻo đài cao BTCT M250 trên hệ 6 cọc 35x35 dài 30m;

+ Kết cấu mố tường cánh ngang BTCT M250 trên hệ 5 cọc 35x35 dài 24m

- Nhận xét: Cầu có tải trọng nhỏ, không đồng cấp với đường, gây hạn chế cho địa phương phát triển kinh tế

(2) Cầu Chùa ấp 6

- Đặc điểm hiện trạng cầu:

+ Cầu dầm thép giản đơn, gồm 3nhịp 12 m + 12 m + 12m, trên hệ dầm thép 4 dầm thép I 550.Bề rộng mặt cầu 3,5m mặt cầu lát gỗ;

+ Mố nhẹ tường cánh thẳng, trụ dẻo đài cao trên hệ 8 cọc BTCT 30cm*30cm; + Tải trọng cho phép lưu thông hiện nay 6 T;

+ Tĩnh không thông thuyền cho phép: Không có Báo hiệu báo chiều cao tĩnh không bị hạn chế, Báo hiệu báo chiều rộng luồng bị hạn chế;

+ Hiện tại, mặt ván cầu xuống cấp, bị gãy nhiều tấm; dầm thép, lan can bị hen rỉ; tường cánh, mái taluy bị xói và lún sụt

Hình 1.7 Rỉ nặng cấu kiện dầm chủ, liên kết ngang cầu Chùa ấp 6

(3) Cầu ấp 6

- Đặc điểm hiện trạng cầu:

+ Cầu giản đơn, gồm 5 nhịp 12 m + 12 m +15 m + 12m + 12m trên hệ dầm thép 4 dầm thép I 550.Bề rộng mặt cầu 3,5m mặt cầu lát gỗ;

+ Mố nhẹ tường cánh thẳng, trụ dẻo đài cao trên hệ 6 cọc BTCT 35cm*35cm; + Tải trọng cho phép lưu thông hiện nay 6 T;

+ Tĩnh không thông thuyền cho phép: Khổ thông thuyền theo phương 13m, chiều cao tĩnh không 2m

Hiện tại, mặt ván cầu xuống cấp, bị gãy nhiều tấm; dầm thép, lan can bị hoen rỉ; tường cánh, mái taluy bị xói và lún sụt

1.3.4 Một số hư hỏng đặc trưng của các cầu trên địa bàn huyện Tiểu Cần

1.3.4.1 Các hư hỏng đặc trưng đối với kết cấu cầu thép

- Cấp 0: Lớp sơn các cấu kiện dàn chủ bị hỏng ở vài chổ riêng lẻ, cấu kiện hệ liên kết bị cong cục bộ

- Cấp I: Rỉ ít ở các cấu kiện dàn chủ, phần xe chạy bản nút, cấu kiện liên kiết, một số đinh tán bị lỏng yếu một cách các biệt, một số cấu kiện riêng lẻ bị biến dạng

-Cấp II: Rỉ nặng phần xe chạy, bản nút cấu kiện liên kết Rỉ ít ở cấu kiện chính của dàn, cả nhóm đinh nối các cấu kiện chính bị lỏng yếu.Một vài liên kết cá biệt bị đứt

- Cấp III:Rỉ nặng ở các cấu kiện dàn chủ, phần xe chạy, bản nút và cấu kiện liên kết, gây ra giảm yếu tiết diện chịu lực, quá 10% lỏng đinh tán, có vết nứt mới ở cấu kiện dàn chủ, biến dạng và đứt thanh xiên dàn do hư hỏng cơ học vì tàu xe đâm va

1.3.4.2 Các hư hỏng đặc trưng đối với kết cấu cầu bê tông cốt thép

- Cấp 0: Các vết nứt cá biệt trên bề mặt bê tông có độ rộng ≤ 0.2mm, vỡ lớp bảo

hộ ở vài chổ nhưng không lộ cốt thép

- Cấp I: Nhiều vết nứt trong bê tông có độ mở rộng ≤ 0.2mm, vỡ lớp bê tông bảo hộ, lõi cốt thép ở một số chổ riêng lẻ, có hiện tượng khữ kiềm bê tông và xuất hiện vết nhũ vôi ở một số chổ riêng lẻ trên bề mặt bê tông

- Cấp II: Các vết nứt riêng lẻ có độ rỗng ≤ 0.3mm, trong đó có các vết nứt xuyên, vết nứt nghiêng ở sườn dầm, hư hỏng nặng bê tông bản do sự khử kiềm Hư hỏng nặng lớp bê tông bảo hộ và rỉ cốt thép Vết nứt trong kết cấu dự ứng lực quá 0,1 – 0,15mm Hư hỏng liên kết ngang giữa các dầm chủ

- Cấp III: Nhiều vết nứt lớn quá 0,3mm Rỉ nặng cốt thép đến mức làm giảm yếu cốt thép hơn 10% Hư hỏng nặng bê tông trên phần lớp bản

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Qua kết quả kiểm tra khảo sát các cầu trên địa bàn huyện Tiểu Cần cho thấy rằng các cầu BTCT có các hư hỏng phổ biến đó là lớp bê tông bảo vệ mặt cầu bị bong

tróc, bê tông bản mặt cầu bị nứt, khe co giãn bị hư hỏng, bê tông lan can bị nứt vỡ lộ cốt thép, dầm chủ bong tróc bê tông và lộ cốt thép, bê tông cọc bị nứt vỡ lộ cốt thép Đối với cầu thép, các hư hỏng chủ yếu là thép bị rỉ, các dầm dọc và dầm ngang bị rỉ nặng gây giảm yếu tiết diện

Từ những kết quả khảo sát các hư hỏng nêu trên, trong khi ngân sách của huyện Tiểu Cần và tỉnh Trà Vinh còn hạn chế chưa thể đầu tư xây dựng mới thì việc đánh giá năng lực chịu tải của cầu để có giải pháp sửa chữa, nâng cấp là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay; đồng thời đánh giá lại việc cắm biển tải trọng cầu tại thời điểm khảo sát

so với QCVN 41:2016/BGTVT của Bộ GTVT để các loại xe có số lượng trục khác nhau, có tải trọng khác nhau có thể hợp pháp qua cầu mà không gây nguy hiểm cho kết cấu Trên cơ sở đó đề xuất chọn 01 cầu BTCT: Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh để tiến hành thực nghiệm và đánh giá năng lực chịu tải thực tế của cầu Từ đó, đề xuất các giải pháp nâng cấp sửa chữa

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU

Trong Chương 2 tác giả đưa ra các căn cứ pháp lý đánh giá năng lực chịu tải của cầu trên địa bàn huyện Tiểu Cần Từ các dạng hư hỏng chủ yếu của các cầu BTCT

và cầu thép qua kết quả kiểm tra khảo sát thực tế để lựa chọn phương pháp thử tải và đánh giá năng lực chịu tải của cầu Nhơn Hòa

2.1 Cơ sở pháp lý đánh giá năng lực chịu tải của cầu

Căn cứ Nghị định số 11/2010/NĐ-CP ngày 24/02/2010 của Chính phủ quy định

về quản lý và bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ và Nghị định số 100/2013/NĐ-CP ngày 03/9/2013 của Chính phủ về sửa đổi, bổ sung một số điều Nghị định số 11/2010/NĐ-CP [11,12];

Căn cứ QCVN41: 2016/BGTVTvề Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về báo hiệu đường bộ [13];

Căn cứ Thông tư số 84/2014/TT-BGTVT ngày 31/12/2014 của Bộ Giao thông Vận tải Quy định về tổ chức giao thông và đặt biển báo hiệu hạn chế trọng lượng xe qua cầu đường bộ[14];

Căn cứ Thông tư số 46/2015/TT-BGTVT ngày 07/9/2015 của Bộ Giao thông Vận tải Quy định về tải trọng, khổ giới hạn của đường bộ; lưu hành xe quá tải trọng,

xe quá khổ giới hạn, xe bánh xích trên đường bộ; vận chuyển hàng siêu trường, siêu trọng; giới hạn xếp hàng hóa trên phương tiện giao thông đường bộ khi tham gia giao thông trên đường bộ [15];

Công văn số 5382/BGTVT-KCHT ngày 13/5/2014 của Bộ Giao thông Vận tải

về việc Rà soát và thay thế biển báo giới hạn tải trọng cầu đường bộ [16];

Hệ thống cầu đường bộ trên địa bàn huyện Tiểu Cần đang khai thác hiện nay chủ yếu thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79 và tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Trên cơ

sở đánh giá năng lực chịu tải của cầu để có giải pháp thiết kế nâng cao năng lực chịu tải của cầu, đồng thời tính được tải trọng chính xác để cắm biển tải trọng theo QCVN 41:2016/BGTVT, do đó chọn đánh giá cầu theo hướng dẫn AASHTO 2011

2.1.2 Các phương pháp thử tải cầu [2],[3]

2.1.2.1 Phương pháp thử tải với tải trọng tĩnh

Những nội lực do tải trọng thử nghiệm gây ra xuất hiện ở bất kỳ bộ phận nào của công trình cũng không được vượt quá:

+ Nội lực do hoạt tải thẳng đứng tức thời gây ra đã được chấp nhận trong thiết

kế với hệ số an toàn về tải trọng (hệ số vượt tải) bằng một và hệ số động khi thử nghiệm các công trình tính toán theo trạng thái giới hạn

+ 120% nội lực do tải trọng thẳng đứng tức thời gây ra đã được chấp nhận trong thiết kế với hệ số động khi thử nghiệm các công trình tính toán theo ứng suất cho phép (theo tiêu chuẩn hiện hành)

+ Nội lực do hoạt tải thẳng đứng tức thời gây ra, tương đương với năng lực chịu tải đứng của công trình

Những nội lực do tải trọng thử nghiệm gây ra trên các bộ phận của công trình được thử nghiệm không được nhỏ hơn các trị số sau:

+ Nội lực do hoạt tải nặng nhất (các xe đặc biệt nặng) chạy trên đường gây ra; Trọng lượng các phương tiện vận tải được sử dụng làm tải trọng thử nghiệm cần được kiểm tra, xác minh trước khi tiến hành công việc Sai số về trọng lượng của các tải trọng thử nghiệm này phải nhỏ hơn 5%

Trọng lượng ô tô chưa chất tải cho phép lấy theo số liệu ở lý lịch xe

Trước khi bắt đầu thử nghiệm, nếu cần, người lãnh đạo công việc thử nghiệm sẽ chuẩn xác hóa thêm sơ đồ chất tải đã dự kiến trước trong đề cương hay kế hoạch, có xét đến thành phần thực tế và trọng lượng đúng của tải trọng thử nghiệm

Lần chất tải đầu tiên lên công trình cần tiến hành từ từ, kiểm tra sự làm việc của kết cấu ở từng giai đoạn theo chỉ số đọc được ở máy đo Thời gian lưu tải trọng thử nghiệm ở mỗi vị trí định trước, được xác định tùy thuộc theo độ ổn định của máy đo:

độ sai lệch của biến dạng quan sát thấy trong 5 phút không được vượt quá 5%

Việc chất tải thử nghiệm lên các bộ phận của cầu đang khai thác thực hiện số lần chất tải lập lại 2 đến 3 lần (kể cả lần chất tải lần thứ nhất), tùy thuộc vào mức độ quan trọng của công trình mà người lãnh đạo thí nghiệm quyết định

Vị trí đặt dụng cụ đo đạc phải lựa chọn sao cho sau khi thử nghiệm có được hình ảnh tương đối đầy đủ về sự làm việc của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng tức thời Để đo chuyển vị và biến dạng cần phải chọn những chi tiết và bộ phận kết cấu làm việc nguy hiểm (bất lợi) nhất dưới tải trọng cũng như các chi tiết và các liên kết cần được kiểm tra theo kết quả khảo sát hoặc theo các số liệu khác

2.1.2.2 Phương pháp thử tải với tải trọng động

Tùy theo các nhiệm vụ đặt ra, thử nghiệm động được tiến hành nhằm:

+ Xác định các đại lượng động do các hoạt tải động thực tế gây ra

+ Xác định các đặc trưng động cơ bản của công trình: các tần số và các dạng dao động riêng, độ cứng động của công trình, các đặc trưng tắt dần của dao động

Để thử nghiệm nhằm làm sáng tỏ các đại lượng của tác dụng động do các tải trọng động gây ra, cần sử dụng các tải trọng nặng có thể đi dọc mặt cầu có gồ ghề, thì chúng sẽ làm phát sinh trong kết cấu các dao động, các xung lực, các quá tải cục bộ …

Để xác định các đặc trưng động của công trình cần phải sử dụng các loại tải trọng di động (hoạt tải), tải trọng rung, tải trọng gió, và các loại có khả năng làm phát sinh các dao động ổn định (trong đó có cả dao động tự do)

Những nơi đặt tải trọng gây dao động cũng như những nơi đo biến dạng cần phải được chọn, có xét đến các loại và các dao động dự kiến xuất hiện

Khi thử cầu bằng tải trọng động phải cho xe chạy qua cầu nhiều lần với các tốc

độ khác nhau để làm rõ tính chất làm việc động của công trình Tốc độ xe chạy trên cầu gồm 20, 30, 40 50 và 60km/h, mỗi loại tốc độ phải chạy ít nhất 2 lần, tùy thuộc vào mỗi công trình cụ thể mà người chủ trì thí nghiệm quyết định với mỗi loại tốc độ

Trong thời gian thử động, bằng các dụng cụ đo đạc tự ghi, cần phải ghi được các gia tốc và chuyển vị của cầu

2.1.2.3 Tải trọng thử và các sơ đồ tải trọng

Đối với thử tải động và thử tải tĩnh, tải trọng thử có thể là các xe được lưu thông trên công trình Trước khi tiến hành thử tải cần xác định lại tải trọng thử bằng cân chuyên dụng, sai số cho phép không được vượt quá 5%

Tùy theo đặc điểm và yêu cầu của từng công trình mà có nhiều sơ đồ tải trọng khác nhau Tuy nhiên, thường có 3 sơ đồ tải trọng chính:đúng tâm, lệch tâm trái và lệch tâm phải

2.1.3 Các phương pháp đánh giá cầu

Theo tiêu chuẩn AASHTO, đối với công trình cầu đường bộ hiện nay có 3

phương pháp đã dùng để đánh giá tải trọng:

- Đánh giá theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFR)

- Đánh giá theo ứng suất cho phép (ASR)

- Đánh giá theo hệ số tải trọng (LFR)

Về nguyên tắc, bất kỳ phương pháp nào cũng có thể dùng để đánh giá tải trọng khai thác của cầu Tuy nhiên, ở Việt Nam phương pháp đánh giá theo hệ số tải trọng

và hệ số sức kháng (LRFD) là phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 nên được áp dụng rộng rãi

Thông thường khi đánh giá cầu chỉ xét tải trọng thường xuyên và tải trọng xe Không xét va xô của tầu, thuyền, gió, lũ, hỏa hoạn, động đất Các cầu nhịp lớn, cầu di động và các cầu phức tạp cần bổ sung thêm tiêu chí đánh giá nếu cần thiết

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

Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng bao gồm ba nội dung:

- Đánh giá tải trọng thiết kế

- Đánh giá tải trọng hợp pháp

- Đánh giá tải trọng cấp phép

Trong phạm vi đề tài chỉ chú trọng đến hai cấp đánh giá tải trọng là đánh giá tải trọng thiết kế và đánh giá tải trọng hợp pháp để đánh giá tải trọng cầu phục vụ cắm biển hạn chế tải trọng cầu theo QCVN41:2016/BGTVT Khi cần đánh giá tải trọng cấp phép thì thực hiện theo Hướng dẫn đánh giá cầu AASHTO 2014

2.1.4.1 Đánh giá tải trọng thiết kế

Theo phương pháp đánh giá cầu theo hệ số tải trọng và sức kháng, tải trọng đánh giá cấp thiết kế là hoạt tải HL93 Tải trọng đánh giá cấp thiết kế được đánh giá ở

02 cấp độ:

- Độ tin cậy ở cấp độ thiết kế Inventory Rating (viết tắt là IR) kết cấu cầu có thể

sử dụng cầu an toàn trong tuổi thọ thiết kế

- Độ tin cậy cấp thấp hơn Operating Rating (viết tắt là OR) là đánh giá với hoạt tải cho phép lớn nhất có thể qua cầu, khi khai thác không giới hạn ở cấp độ OR sẽ làm giảm tuổi thọ của công trình cầu

Các cầu đạt với kiểm toán hoạt tải thiết kế ở cấp độ IR (hệ số đánh giá RF ≥ 1) thì cũng đạt khi đánh giá cho tải trọng thiết kế cấp OR và mọi tải trọng hợp pháp Hệ

số RF được xác định như sau:

DC : là hệ số tải trọng của trọng lượng bản thân kết cấu;

DW : là hệ số tải trọng của trọng lượng lớp phủ mặt cầu;

P : là hệ số tải trọng của tải trọng thường xuyên không kể kết cấu;

LL : là hệ số tải trọng của hoạt tải;

DC : là hiệu ứng do tải trọng bản thân kết cấu gây ra;

DW : là hiệu ứng do tải trọng lớp phủ mặt cầu gây ra;

P : là hiệu ứng do tải trọng thường xuyên không phải kết cấu gây ra;

LL : là hiệu ứng do hoạt tải gây ra;

IM : là tải trọng xung kích

2.1.4.2 Đánh giá tải trọng hợp pháp

Tải trọng hợp pháp là các xe 3, 3-S2 và 3-3, cụ thể như sau:

- Xe 3 có ba trục, chiều dài cơ sở 5,7m, tải trọng 223kN;

- Xe 3-S2 có 5 trục, chiều dài cơ sở 12,5m, tải trọng 321kN;

- Xe 3-3 có 6 trục, chiều dài cơ sở 16,5m, tải trọng 356kN

Khi đánh giá tải trọng hợp pháp (xe 3, 3-S2 và 3-3), nếu chiều dài nhịp lớn hơn 24m thì ngoài xe hợp pháp còn có các xe khác trên nhịp, tải trọng của các xe này được thay bằng tải trọng làn lấy là 3kN/m

Việc đánh giá tải trọng hợp pháp chỉ tiến hành khi hệ số đánh giá tải trọng thiết

kế cấp OR nhỏ hơn 1 Khi đó cần phải cắm biển hạn chế tải trọng (biển 505b) theo QVCN 41-2016 [2]

2.1.4.3 Đánh giá tải trọng cấp phép

Đây là cấp đánh giá tải trọng thứ ba, cấp này chỉ áp dụng cho các cầu không cắm biển hạn chế tải trọng, nghĩa là khi đánh giá tải trọng thiết kế và đánh giá tải trọng hợp pháp có hệ số đánh giá RF ≥ 1 Đánh giá tải trọng cấp phép là kiểm toán sự an toàn và khả năng chịu tải của cầu trong quá trình cấp phép cho các phương tiện có tải trọng vượt quá giới hạn cho phép

Ở nước ta hiện nay chỉ có xe siêu trường, siêu trọng mới xin cấp phép và giấy phép thường cấp cho một chuyến đi hoặc một số chuyến đi trên những tuyến nhất định

Căn cứ vào thông số của xe xin cấp phép (lưu lượng xe qua cầu, cấu hình xe, tải trọng trục xe, tải trọng tổng cộng, ) phải tiến hành tính toán hệ số đánh giá RF, từ đó quyết định có cấp phép hay không Khi đánh giá cầu theo tải trọng cấp phép cũng cần phải chỉ rõ các điều kiện giao thông lưu thông trên cầu (cấm các xe khác qua cầu, hạn chế tốc độ, .) phù hợp với mô hình kiểm toán để đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho công trình cầu

2.1.5 Quy trình đánh giá tải trọng theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng và hệ số sức kháng

2.1.5.1 Trình tự đánh giá

Có 3 quy trình đánh giá tải trọng phù hợp với đánh giá theo hệ số tải trọng và

hệ số sức kháng:

- Đánh giá tải trọng thiết kế (cấp đánh giá thiết kế)

- Đánh giá tải trọng hợp pháp (cấp đánh giá thứ hai)

- Đánh giá tải trọng cấp phép (cấp đánh giá thứ ba)

Mỗi quy trình có một tải trọng cụ thể với các hệ số tải trọng được hiệu chỉnh đặc biệt nhằm đảm bảo mức độ tin cậy như nhau và có thể chấp nhận được trong mọi đánh giá và được đánh giá theo trình tự được thể hiện trong hình 2.1

Hình 2.1 Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp 2.1.5.2 Công thức đánh giá tải trọng

Công thức (2.1) có thể được viết gọn lại như sau:

LL

HL LL

DL C

(2.2) Trong đó:

RF : là hệ số đánh giá;

C : là khả năng chịu tải của bộ phận đánh giá;

DL : là hiệu ứng của tải trọng thường xuyên;

LL : là hiệu ứng của hoạt tải đánh giá;

HL = C – DL: là khả năng chịu hoạt tải;

Khi RF ≥ 1 tức là khả năng chịu hoạt tải lớn hơn hoặc bằng hiệu ứng của hoạt tải, bộ phận đánh giá khai thác được với hoạt tải đánh giá, trái lại khi RF < 1 bộ phận đánh giá không khai thác được với hoạt tải đánh giá

Việc đánh giá tải trọng được biểu thị tổng quát như là một hệ số đánh giá đối với một dạng tải trọng động nhất định, sử dụng công thức đánh giá tổng quát

Theo AASHTO LRFD, quá trình đánh giá được thực hiện tại mỗi trạng thái giới hạn áp dụng và hiệu ứng tải với giá trị nhỏ nhất xác định hệ số đánh giá điều khiển Công thức tổng quát sau được sử dụng để xác định mức đánh giá tải trọng của mỗi cấu kiện đối với một hiệu ứng tải trọng riêng lẽ

2.1.6 Tính toán khả năng chịu tải C

Đối với trạng thái giới hạn cường độ, C được xác định bởi:

=   c s n

C R (2.3) Đối với trạng thái giới hạn sử dụng:

Rn: là sức kháng danh định của cấu kiện;

fR: là ứng suất cho phép được quy định trong Tiêu chuẩn

Hệ số điều kiện  c (Condition factor):

Chỉ có vật liệu tốt dựa vào sự kiểm tra kỹ lưỡng mới được xem xét trong việc xác định sức kháng danh định của mặt cắt Hệ số sức kháng  được sử dụng trong đánh giá giống như đối với thiết kế mới trong AASHTOLRFD Phương pháp này chỉ

có giá trị đối với các cấu kiện trong tình trạng tốt hoặc thoả mãn Một khi cấu kiện đã

có hư hỏng và bắt đầu xuống cấp, sự không chắc chắn và thay đổi sức kháng sẽ thay

đối lớn (độ không đồng nhất là tăng lên) và hệ số sức kháng  đối với thiết kế mới

không phản ánh được sự không chắc chắn đó

Hệ số điều kiện định ra sự suy giảm ước lượng để tính toán mức độ không chắc chắn trong sức kháng của các cấu kiện bị hư hỏng và sự tăng mức độ hư hỏng trong tương lai của cấu kiện đó trong giai đoạn giữa 2 đợt kiểm tra Hệ số điều kiện c thay đổi từ 0,85 đối với cấu kiện trong tình trạng xấu đến 1,0 đối với cấu kiện tốt hoặc thoả mãn

Mục tiêu của hệ số điều kiện là để tính toán mức độ tăng của sự không chắc chắn và những mất mát được dự báo trước trong tương lai Nó không dùng để tính toán cho những thay đổi thực tế quan sát được của các kích thước vật lý Phương pháp

này là để lấy các thông tin của các cấu kiện kiểm tra và áp dụng nó vào trong việc xác định sức kháng của cấu kiện và sau đó áp dụng hệ số điều kiện sức kháng để chiết giảm sức kháng của cấu kiện đã có hư hỏng với lý do như đã trình bày ở trên

Hệ số hệ thống  s (System factor):

Các cấu kiện kết cấu tương tác với nhau để tạo thành một hệ thống kết cấu Khả

năng còn lại của cầu (bridge redundancy) là khả năng mang tải của hệ thống kết cấu

cầu sau khi có hư hại của một hoặc nhiều cấu kiện Hệ số hệ thống được nhân với sức kháng danh định, và liên hệ với mức độ của sự còn lại so với hệ thống kết cấu hoàn chỉnh Những cầu có tính dư thấp sẽ có khả năng của cấu kiện giảm do đó chúng có mức đánh giá thấp Các cầu không có tính dư sẽ bị bất lợi khi yêu cầu các cấu kiện của

nó cung cấp mức độ an toàn cao hơn so với các cầu tương tự với tính dư về hình dạng Mục đích của s là để bổ sung một khả năng dự trữ và do đó độ tin cậy của cả hệ thống sẽ tăng từ cấp độ Khai thác (đối với hệ thống có dự trữ) tới mục tiêu thực tế hơn đối với các hệ thống không có dự trữ tương ứng với cấp độ kiểm kê

DC : là hiệu ứng của tĩnh tải bản thân;

DW: là hiệu ứng của tĩnh tải lớp phủ và các thiết bị tiện ích;

P : là hiệu ứng của các tải trọng thường xuyên khác ngoài tĩnh tải;

DC, DW: là hệ số tải trọng lần lượt của DC và DW được lấy theo bảng 2.1;

P : là hệ số tải trọng lần lượt của P được lấy bằng 1

Bảng 2.1 Hệ số tải trọng của hoạt tải theo TTGH

Loại

cầu TTGH

Tĩnh tải Tĩnh tải

Tải trọng thiết kế Tải trọng

Mỏi 0,00 0,00 0,75 - - BTCT

xe chạy, các loại cầu khác nhau, tính chất tác dụng của tải trọng, và được thể hiện qua bảng 2.2

Bảng 2.2 Hệ số tải trọng của tải trọng hợp pháp

Lưu lượng xe tải theo một

2.1.7.2 Hiệu ứng hoạt tải

Hoạt tải đánh giácủa các trường hợp cụ thể phù hợp với cấp đánh giá được trình bày ở mục 2.1.4 Đánh giá tải trọng thiết kế là một mức độ đánh giá đầu tiên của cầu

sử dụng tải trọng xe HL93 và tiêu chuẩn thiết kế LRFD với các kích thước và tính chất của cầu trong điều kiện tại thời điểm kiểm tra của nó Đó là tiêu chuẩn để đánh giá cầu

cũ theo yêu cầu đồng bộ với tiêu chuẩn thiết kế cầu mới Trong khi kiểm tra, các cầu

cũ được xem xét ở mức độ tin cậy thiết kế (cấp độ kiểm kê) hoặc ở mức độ tin cậy thứ hai thấp hơn (có thể so sánh với cấp độ tin cậy khai thác) đối với trạng thái giới hạn cường độ

Kiểm toán trạng thái giới hạn mỏi dùng xe tải thiết kế với khoảng cách trục giữa đến trục sau 9m

Hệ số xung kích (1+IM) phụ thuộc vào nhiều vào hiện trạng lớp phủ mặt cầu, tình trạng khe co giãn và chất lượng đường đầu cầu Nếu như các cấu kiện trên có dấu hiệu xuống cấp từ thời điểm kiểm định thì cần phải đo lại dao động để có được hệ số xung kích thực tế Nếu không thể đo thì lấy (1 + IM) = 1 + 0,33 = 1,33 [1, 2]

2.2 Đánh giá năng lực chịu tải một số cầu trên địa bàn huyện Tiểu Cần

2.2.1 Cơ sở lựa chọn một số cầu để đánh giá và nâng cấp tải trọng

Từ các căn cứ vào các dạng hư hỏng chủ yếu của các cầu BTCT và cầu thép qua kết quả kiểm tra khảo sát thực tế, nhu cầu vận chuyển hàng hóa để phát triển kinh

tế xã hội, đảm bảo an ninh, quốc phòng, biển tải trọng khai thác khác nhau của các cầu trên cùng một tuyến, … cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh được chọn làm đại diện cho cầu BTCT trên địa bàn huyện Tiểu Cần để tiến hành đánh giá hiện trạng

2.2.2 Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh

2.2.2.1.Giới thiệu chung Cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh

Cầu Nhơn Hòa (Hình 2.2) nằm trên Đường huyện 26, tại Km6+200 thuộc xã Tân Hòa,huyện Tiểu Cần, tỉnh Trà vinh.Cầu BTCT kiểu giản đơn, gồm 5 nhịp 16,5 m + 16,5m +16,5m +16,5m + 16,5m Mặt cắt ngang gồm 2 dầm chữ T BTCT DUL Bề rộng mặt cầu 4,0 m phần xe chạy 3,5m Mố nhẹ BTCT trên hệ 5 cọc 35*35cm, L=24m; trụ dẻo trên hệ 6 cọc 35cm*35cm, L=30m

Tải trọng cho phép lưu thông hiện 3,5 T

Hình 2.2 Cầu Nhơn Hòa

2.2.2.2 Các vị trí lắp đặt thiết bị đo ứng suất, chuyển vị & dao động

Vị trí thực hiện: Nguyên tắc: Đo ứng suất tại các điểm chịu lực bất lợi Số

lượng điểm đo đủ cho kết quả tin cậy để đánh giá được khả năng chịu lực của kết cấu

Đo ứng suất dầm dọc: Dầm chủ nhịp 16,5m; trên mỗi dầm chủ bố trí 2 điểm đo

tại vị trí đáy dầm và cánh dầm ở giữa nhịp (nhịp có 2 dầm chủ)

Đo ứng suất dầm ngang: Đo ứng suất dầm ngang trên nhịp, trên mỗi nhịp bố trí

3 điểm đo dầm ngang (theo phương ngang cầu)

Đo ứng suất bản mặt cầu: Đo ứng suất cục bộ bản mặt cầu nhịp, trên mỗi nhịp

bố trí 3 điểm đo tại mặt cắt giữa nhịp (theo phương ngang cầu)

Đo độ võng do hoạt tải đặt tĩnh của dầm:

+ Mục đích: Xác định độ võng dầm chủ ở mặt cắt giữa nhịp để so sánh với độ

võng tính toán theo mô hình lý thuyết nhằm xác định trạng thái làm việc thực tế của dầm, đồng thời so sánh độ võng cho phép để đánh giá độ cứng của kết cấu, đồng thời xác định hệ số phân bố ngang thực nghiệm làm cơ sở cho việc tính toán đánh giá khả

năng chịu lực của cầu

+ Nguyên lý-phương pháp: Đo chênh lệch cao độ đáy dầm chủ ở mặt cắt L/2 ở thời điểm chưa có tải và thời điểm có tải bằng võng kế hoặc thiết bị có chức năng tương đương

Đo dao động:

+ Mục đích: Đánh giá khả năng xảy ra hiện tượng cộng hưởng của kết cấu nhịp

với các phương tiện giao thông, đánh giá gián tiếp khả năng chịu lực của công trình,

xác định hệ số xung kích Ngòai ra, giúp đánh giá định tính chất lượng của mố cầu

+ Nguyên lý-phương pháp: Sử dụng đầu đo gia tốc kết hợp với máy đo dao động xác định được gia tốc Từ sự biến thiên gia tốc sẽ tìm ra được phương trình dao động, thông qua phương trình dao động xác định được chu kỳ, tần số dao động riêng của kết cấu

Vị trí: Đo đao động tại tại tất cả các kết cấu nhịp và mố, trụ để có cơ sở đánh

giá được khả năng chịu lực chung cho toàn cầu Đầu đo được đặt tại vị trí có biên độ dao động lớn Tại mỗi vị trí đo dao động theo 02 phương tương ứng với 03 điểm đo:

+ Phương ngang dọc cầu

+ Phương ngang ngang cầu

2.2.2.3 Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Nhơn Hòa

a Tải trọng thử

Tải trọng thử là xe tải được xếp tĩnh lên kết cấu nhịp theo sơ đồ tính toán trước sao cho gây ra được hiệu ứng tải lên mặt cắt đang xét nằm trong khoảng 70% đến 120% hiệu ứng tải thiết kế theo quy định tại điều 3.7 và 3.8 của Quy trình kiểm định cầu trên đường ô tô 22TCN243-98

Bảng 2.3 Khoảng cách và tải trọng các trục của xe tải đo

b Đo đạc độ võng các dầm chủ với tải trọng thử

Theo Thông tư số 84/2014/TT-BGTVT ngày 31/12/2014 của Bộ Giao thông Vận tải về Quy định về tổ chức giao thông và đặt biển báo hiệu hạn chế trọng lượng xe qua cầu đường bộ, cần thiết phải xác định hệ số phân bố ngang thực tế của các dầm chủ ứng với các xe thử tải đối với các nhịp

c Nhịp 1, (L= 16,5m)

Trong các Hình 2.3 và 2.4 thể hiện các sơ đồ xếp tải và các vị trí thiết bị đo chuyển vị các dầm chủ tại tiết diện giữa nhịp theo phương dọc cầu và ngang cầu của nhịp 1

Hình 2.3 Xếp tải tĩnh và thiết bị đo tại giữa nhịp 1 theo phương dọc cầu

Khi đo đạc được giá trị độ võng tại tiết diện giữa nhịp, hệ số phân bố ngang của từng dầm chủ thực tế được xác định Giá trị hệ số phân bố ngang lớn nhất sẽ được sử dụng để đánh giá hiện trạng của kết cấu nhịp 1

Hình 2.4 Các thế tải và thiết bị đo chuyển vị nhịp 1 theo phương ngang cầu

Hình 2.6.Các thế tải và thiết bị đo chuyển vị nhịp 2 theo phương ngang cầu

Khi đo đạc được giá trị độ võng tại tiết diện giữa nhịp, hệ số phân bố ngang của từng dầm chủ thực tế được xác định Giá trị hệ số phân bố ngang lớn nhất sẽ được sử dụng để đánh giá hiện trạng của kết cấu nhịp 2

2.2.2.4 Kết quả đo

a Kết quả đo ứng suất dầm chủ

Do kết cấu nhịp giản đơn, tiến hành đo ứng suất của dầm chủ tại mặt cắt L/2 của dầm, trên nhịp đo tất cả các dầm chủ, mỗi dầm bố trí 2 điểm đo: Một điểm đo tại đáy dầm và một điểm đo tại bản cánh của dầm

Để tính ra ứng suất theo biến dạng đo được lấy môđun đàn hồi của bê tông dầm chủ là Eb ~ 34833.98Mpa tuơng ứng với cường độ bê tông f’c = 42.00Mpa (theo kết quả kiểm tra cuờng độ bêtông)

Bảng 2.4 Kết quả đo ứng suất hệ dầm chủ

SƠ ĐỒ XẾP TẢI LỆCH TÂM

c Kiểm tra ứng suất dầm chủ:

Ứng suất do tĩnh tải được tính theo mô hình lý thuyết bằng phần mềm Midas/Civil 2011 Kết cấu làm việc theo 2 giai đoạn:

Giai đoạn I (Giai đoạn chưa liên hợp): Sau khi thi công xong bản mặt cầu và bản mặt cầu chưa hình thành cường độ

+ Đặc trưng hình học: Mặt cắt làm việc chỉ có dầm chủ

+ Tải trọng tác dụng: Trọng lượng bản thân dầm chủ, dầm ngang, bản mặt cầu (tĩnh tải giai đoạn I), dự ứng lực

Giai đoạn II (Giai đoạn liên hợp): Các tĩnh tải phần 2 như lan can, lề người đi, lớp phủ mặt cầu

d Tổng hợp kết quả tính ứng suất theo các giai đoạn làm việc của dầm:

Bảng 2.5 Ứng suất do tĩnh tải và dự ứng lực dầm T

Tĩnh tải Giai đoạn I

Dự ứng lực căng trước

Tĩnh tải Giai đoạn II Tổng

e Kiểm tra ứng suất dầm chủ

+ Kiểm tra ứng suất đáy dầm: