Nghiên cứu các dạng hư hỏng và gia cường bằng phương pháp tạo ứng suất sau trong kết cấu nhịp cầu thép trên đường ô tô

Một số ví dụ về các công trình áp dụng cáp căng ngoài trong việc tăng cường CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN, ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TẠO ỨNG SUẤT SAU ĐẾN SỰ LÀM VIỆC TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦ

TRẦN NHẬT LÂM

NGHIÊN CỨU CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ GIA CƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO ỨNG SUẤT SAU TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ

CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC

TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT

MÃ SỐ NGÀNH: 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 07 NĂM 2005

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS LÊ THỊ BÍCH THỦY

Cán bộ phản biện 1:

Cán bộ phản biện 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội Đồng Chấm Bảo Vệ Luận Văn Thạc Sĩ

Trường Đại Học Bách Khoa, ngày tháng . năm 2005

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

……… ………

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

trên đường ôtô và đường sắt

I- Tên đề tài:

Nghiên cứu các dạng hư hỏng và gia cường bằng phương pháp tạo ứng suất sau trong kết cấu nhịp cầu thép trên đường ôtô

II- Nhiệm vụ và nội dung:

1 Nhiệm vụ:

Nghiên cứu các dạng hư hỏng và gia cường bằng phương pháp tạo ứng suất sau trong kết cấu nhịp cầu thép trên đường ôtô

2 Nội dung:

Chương 1: Tổng quan về cầu thép

Chương 2: Các dạng hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng trong cầu thép

Chương 3: Đặc điểm tính toán, ảnh hưởng của phương pháp tạo ứng suất sau bằng cáp cường độ cao đến sự làm việc trong kết cấu nhịp cầu thép hiện hữu Chương 4: Ví dụ tính toán

Chương 5: Công nghệ thi công gia cố và tăng cường theo phương pháp tạo ứng suất sau bằng cáp cường độ cao trong kết cấu nhịp cầu thép

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

III- Ngày giao nhiệm vụ: 17/01/2005

IV- Ngày hoàn thành: 30/06/2005

V- Họ và tên cán bộ hướng dẫn : TS LÊ THỊ BÍCH THỦY

TS LÊ THỊ BÍCH THỦY

Nội dung và đề cương Luận Văn Thạc Sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô TS Lê Thị Bích Thủy đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này, qúy Thầy Cô bộ môn Cầu Đường trường Đại Học Bách Khoa, qúy Thầy Cô khoa Kỹ Thuật Công Trình trường Đại Học Dân Lập Kỹ Thuật Công Nghệ Tp HCM đã giúp đỡ tôi trong suốt khoá học, đồng thời gởi lời cảm ơn đến các anh chị đồng nghiệp, các anh chị học viên cao học lớp Cầu Đường khóa 14 trường Đại Học Bách Khoa đã tận tình giúp đỡ và động viên tôi trong qúa trình học tập cũng như làm tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn !

Học viên cao học

Trần Nhật Lâm

SUMMARY

TITLE: STUDING DAMAGE FORMS AND STRENGTHENING

BY POST-TENSIONING METHOD IN STEEL BRIDGE SPANS

ON ROADS

The time goes by, steel bridges will be damaged on account of the load

escalating, it is imperative that we make the most out of our existing bridges Therefore, it is necessary for us to study damage forms and causes of damage to find the repair methods

There are different methods of strengthening steel bridge spans, the thesis only concentrates on post – tensioning method by mutistrand reinforcement

Posttensioning can be applied to an existing bridge to meet a variety of objectives It can relieve tension overstresses with respect to service load and fatigue – allowable stresses, reduce or reverse undesirable displacements, and add ultimate strength to an existing bridge Posttensioning follows estalished structural analysis and design principles

The thesis includes six chapters:

Chapter 1: General view about steel bridges

Chapter 2: Studing damage forms and the cause of damage in steel bridges

Chapter 3: Calculation method, post – tensioning method influence on existing steel bridge spans

Chapter 4: Calculation examples, application of post-tension strengthening method for the existing bridge spans

Chapter 5: Construction repair technology and strengthening by tensioning method in bridge spans

post-Chapter 6: Conclusion and proposal

MỤC LỤC

Summary

3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ dự ứng lực ngoài trong cầu và cầu

CHƯƠNG 1

1.1 Tình hình phát triển của cầu thép và các dạng cầu thép đang sử dụng 4

CHƯƠNG 2

CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG TRONG CẦU THÉP

2.4 Các biện pháp sửa chữa, gia cố, tăng cường kết cấu nhịp cầu dầm thép 27 2.4.1 Đánh giá nguyên nhân, mức độ hư hỏng cần gia cố, tăng cường các bộ

Trang

2.4.3 Các biện pháp gia cố và tăng cường cầu 33 2.5 Một số ví dụ về các công trình áp dụng cáp căng ngoài trong việc tăng cường

CHƯƠNG 3

ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN, ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TẠO ỨNG SUẤT SAU ĐẾN SỰ LÀM VIỆC TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP HIỆN HỮU

3.1 Khái quát về việc tạo ứng suất sau bằng cáp cường độ cao trong cầu thép 44

3.2 Nguyên lý làm việc của kết cấu khi dùng phương pháp tạo ứng suất sau bằng

3.2.1 Trường hợp bố trí dây căng làm cho kết cấu chịu nén đúng tâm 45 3.2.2 Trường hợp bố trí dây căng làm cho kết cấu chịu nén lệch tâm 46

3.3 Các phương pháp tạo ứng suất sau bằng cáp cường độ cao tăng khả năng chịu

3.3.3 Bố trí cáp theo sơ đồ dây căng gãy khúc kết hợp với sơ đồ dây căng

3.4 Cấu tạo các chi tiết thiết kế tăng cường trong kết cấu nhịp dầm thép 52

3.4.5 Bulông cường độ cao dùng trong các liên kết ụ neo và ụ chuyển hướng 56 3.5 Đặc điểm tính toán của cầu thép khi sử dụng các phương pháp tạo ứng suất

3.5.1 Tính toán nội lực trong kết cấu nhịp khi tăng cường bằng cáp cường độ

3.5.5 Ảnh hưởng của việc căng cáp đến ổn định của kết cấu và dao động của

CHƯƠNG 4

CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN

4.1.1 Tính toán kết cấu nhịp trước khi tăng cường với tải trọng khai thác 69

4.2.1.1 Tính toán kết cấu nhịp trước khi tăng cường với tải trọng khai thác 77

4.2.2 Tính toán tăng cường nhịp biên L=24m 83 4.2.2.1 Tính toán kết cấu nhịp trước khi tăng cường với tải trọng khai thác 83

CHƯƠNG 5

CÔNG NGHỆ THI CÔNG GIA CỐ VÀ TĂNG CƯỜNG THEO PHƯƠNG PHÁP TẠO ỨNG SUẤT SAU BẰNG CÁP CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP

5.2 Trình tự thi công gia cố và tăng cường 93

5.3.3 Vệ sinh bề mặt thép dầm chủ tại vị trí đặt neo và ụ chuyển hướng 95

5.3.8 Lắp đặt các tao cáp cường độ cao vào vị trí và căng kéo 100

CHƯƠNG 6

GIỚI THIỆU CHUNG

1- Mục đích của đề tài nghiên cứu

Hiện nay ở nước ta có nhiều công trình cầu thép với quy mô không lớn, tiêu chuẩn kỹ thuật thấp, được xây dựng từ khá lâu Trải qua quá trình sử dụng chịu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu thời tiết, tải trọng cũng như chiến tranh đã có những biểu hiện hư hỏng, xuống cấp không đảm bảo nhu cầu khai thác Qua thực tế tìm hiểu và đánh giá các cầu thép đang khai thác cho thấy:

- Đa số các cầu thép đều bị gỉ sét và ăn mòn, có xuất hiện các vết nứt ở những khu vực thay đổi tiết diện, tập trung ứng suất, tại các liên kết, hư hỏng đinh, đứt mối hàn, tiết diện chịu lực bị biến dạng cục bộ hoặc biến dạng tổng thể, bộ phận gối truyền lực cũng như các khe biến dạng bị hư hỏng

- Tải trọng khai thác cho phép cũng như khổ giới hạn thông xe không đáp ứng được nhu cầu vận tải hiện tại

Để đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng tăng về lưu lượng và tải trọng, do đó nhiệm vụ cấp thiết đặt ra song song với việc làm mới một số cầu lớn trọng điểm thì giải quyết việc bảo dưỡng, sửa chữa, tăng cường một số cầu cũ là một công việc phải làm trước mắt trong khi chưa đủ điều kiện để xây dựng mới hoàn toàn các cầu trên hệ thống đường của nước ta Vì vậy, việc nghiên cứu các dạng

hư hỏng và biện pháp sửa chữa, gia cố, tăng cường cầu thép hiện đang khai thác là việc làm cần thiết

2- Phạm vi, cơ sở của việc nghiên cứu

Trong đề tài chủ yếu tập trung tìm hiểu các dạng và nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng để có biện pháp sửa chữa nhằm nâng cao khả năng khai thác của công trình Nghiên cứu gia cố tăng cường cũng chủ yếu tập trung vào việc tạo ứng suất sau bằng cáp cường độ cao căng ngoài tiết diện trong kết cấu nhịp cầu dầm thép trên đường ôtô

Cơ sở nghiên cứu của đề tài là dựa vào việc thu thập tài liệu, các số liệu qua những công trình thực tế và các lý thuyết tính toán kết cấu theo quy trình, quy phạm hiện hành tại Việt Nam, đồng thời sử dụng một số phần mềm ứng dụng hỗ trợ cho việc tính toán

3- Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ dự ứng lực ngoài trong cầu và cầu thép nói riêng

Những ứng dụng đầu tiên về biện pháp căng cáp dự ứng lực bên ngoài trong [25] vào những năm 1930 khi Karl Dischinger sử dụng các tao cáp căng ngoài cho những cầu đầu tiên ở Đức Cho đến những năm 1960 cáp căng ngoài cũng được sử dụng cho một số cầu ở Bỉ, Pháp và Anh Tuy nhiên việc bảo vệ cáp chưa hoàn thiện nên dẫn đến hiện tượng gỉ cáp Do đó việc căng cáp ngoài tiết diện ít được sử dụng Công nghệ căng sau bên ngoài được áp dụng trở lại trong việc gia cường những kết cấu bê tông ứng suất trước vào những năm 1970 Nhiều cầu chủ yếu là loại kết cấu đúc sẵn lắp ghép từng đoạn không đủ ứng lực trước trong khi thi công cần tăng cường bằng những tao cáp bố trí bên ngoài

Trên cơ sở những kinh nghiệm về sửa chữa tăng cường cầu thì công nghệ căng cáp bên ngoài được tiếp tục phát triển rộng rãi ở Mỹ và pháp vào những năm 1980 Các công trình và công nghệ dự ứng lực ngoài đã được áp dụng rộng rãi vào những năm 1985, các công tác nghiên cứu lý thuyết, công nghệ và vật liệu để hình thành công nghệ mới là công nghệ các kết cấu dự ứng lực ngoài Tại pháp vào năm 1991 đã ban hành qui tắc thiết kế và tính toán những công trình về kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực theo phương pháp trạng thái giới hạn gọi tắc là BPEL 91, quy tắc này đề cập đến các vấn đề liên quan đến dự ứng lực ngoài

Các báo cáo của trung tâm nghiên cứu giao thông thuộc trường đại học IOWA của Mỹ vào năm 2003 trong [29] đã thực hiện thành công về việc tăng cường cầu thép bằng cách tạo ứng suất sau cho một loạt các công trình cầu ở nước này Đối với việc tăng cường bằng cáp cường độ cao trong cầu thép được

nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng, dự án HR-214, HR-238, của Giáo sư Klaiber và Giáo sư Dunker thuộc trường đại học IOWA đã tăng cường thành công một số cầu của Mỹ vào năm 1981, 1983 và 1985, các nhịp là các dầm giản đơn và liên tục liên hợp bản bê tông cốt thép

Các công trình sử dụng cáp của công ty VSL cũng đã áp dụng biện pháp căng ngoài đối với dầm thép (dầm hộp) ở Switzerland Cầu Kemlaka Gede vàCondet ở Indonesia bằng thép liên hợp bản bê tông cốt thép được tăng cường vào năm 1994 bằng cáp cường độ cao tao 12.7mm trong [31], cáp được đặt bên ngoài theo đường gãy khúc

Ở Việt Nam, dự ứng lực ngoài được áp dụng từ đầu những năm 1990 nhưng chủ yếu cho cầu bê tông cốt thép như cầu Niệm (1992), cầu chữ Y (1993) và các cầu khác như cầu Sài Gòn … Tuy nhiên việc áp dụng biện pháp căng sau bằng cáp cường độ cao nhằm nâng cao khả năng khai thác trong cầu thép còn nhiều hạn chế Do đó trong đề tài này chủ yếu tập trung nghiên cứu về cách tính toán, cấu tạo cũng như công nghệ thi công của phương pháp này

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CẦU THÉP

Nội dung trong chương này nhằm tìm hiểu về quá trình phát triển của cầu thép, các loại vật liệu sử dụng trong thiết kế sửa chữa và tăng cường, đồng thời qua các tài liệu khảo sát cầu thép hiện đang khai thác ở nước ta cho thấy còn có những tồn tại dẫn đến tình trạng cầu thép xuống cấp nhanh chóng

1 1 Tình hình phát triển của cầu thép và các dạng cầu thép đang sử dụng

1.1.1 Tình hình phát triển của cầu thép

Cầu thép được xây dựng vào khoảng cuối thế kỉ 18 trong [7] Vào nửa cuối thế kỉ 19, những cầu thép đầu tiên đã ra đời, bước đầu là các nhịp cầu hệ dầm bản bụng đặc có mặt cắt chữ I, sau đó các nhịp có chiều dài lớn dùng các dàn thép Đầu thế kỉ 20 là thời kì phát triển mạnh ngành xây dựng cầu, nhiều lý thuyết tính toán mới về kết cấu, nhiều loại thép mới đã được áp dụng Các cầu hệ liên hợp vòm – dàn với các thanh vòm mặt cắt đa dạng hình hộp đến dạng tròn đã chiếm ưu thế ở khẩu độ lớn Cầu treo dây cáp cũng có những tiến bộ lớn, cho đến nay các nhịp cầu lớn nhất vẫn được làm bằng thép và sơ đồ kết cấu là hệ dây dầm cứng

Do đặc điểm của thép dễ bị môi trường xâm thực nên việc tiếp tục nghiên cứu các biện pháp chống gỉ cho vật liệu thép và hoàn thiện vật liệu thép chống gỉ là vấn đề cấp thiết, trong khi đó vẫn tiếp tục sử dụng các biện pháp bọc lót hữu hiệu để bảo vệ các công trình bằng thép đương thời, nhiều loại sơn mới chất lượng cao được nghiên cứu áp dụng nhằm kéo dài tuổi thọ của cầu

Song song với các sơ đồ chịu lực đã được áp dụng thì các sơ đồ cầu thép hệ liên hợp tiếp tục được nghiên cứu Các loại tiết diện hộp kín được nghiên cứu áp dụng để tăng cường độ cứng chống xoắn và để tạo môi trường không gỉ bên trong lòng hộp Các liên kết trong cầu thép, cùng với các tiến bộ về thép chất lượng cao, liên kết đinh tán không thích hợp nữa, thay thế bằng liên kết hàn và bulông cường độ cao mang tính công nghiệp và hiện đại Ngoài ra còn có liên kết

dán đang được áp dụng, dán hoàn toàn hoặc dán kết hợp với bulông cường độ cao

Vấn đề điều chỉnh nội lực là biện pháp hiệu quả nhất trong việc chủ động phân bố một cách hợp lí nội lực và ứng suất trong công trình, nhằm nâng cao khả năng chịu lực và tiết kiệm vật liệu, cũng như việc áp dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong việc gia cố, tăng cường cầu bằng các công nghệ mới và vật liệu cường độ cao nhằm làm tăng khả năng chịu lực và tăng tuổi thọ cho công trình xây dựng góp phần làm giảm đáng kể chi phí phải xây dựng công trình mới với yêu cầu vận tải ngày càng cao

1.1.2 Các loại thép và sơ đồ cầu thép đang sử dụng

a) Các loại thép dùng trong cầu thép

Các loại thép dùng trong cầu thường là thép cán có hàm lượng cacbon chiếm 0,10 : 0,25%, các loại thép dùng trong cầu thường có dạng thép bản, thép hình, đối với các bộ phận đặc biệt dùng các loại thép đúc trong [6]

- Thép cacbon: đối với các bộ phận chịu lực chính thường dùng thép CT3 cầu cho các kết cấu liên kết bằng đinh tán, thép M16C cho các kết cấu liên kết bằng hàn, thép dùng làm đinh tán thường là thép CT2 (Bảng 1.1 và 1.2)

kéo nhỏ nhất (Kg/mm2)

Giới hạn chảy nhỏ nhất (Kg/mm2)

Độ dãn tỉ đối nhỏ nhất (%)

- Thép hợp kim thấp: ngoài thép cacbon người ta còn dùng các thép hợp kim thấp, trong quá trình luyện thép đưa thêm một số chất phụ gia vào làm tăng một số tính chất tốt của thép do từng loại kết cấu đòi hỏi ( Manggan, silic, đồng, crôm, niken…) với một tỉ lệ nhất định làm tăng cường độ, chống gỉ cao và một số tính chất cơ học khác, thép hợp kim thấp là loại thép có cường độ lớn gấp 1.4 : 1.5 lần cường độ thép CT3 cầu, với tính chất như vậy thép hợp kim thấp được ứng dụng rộng rãi

- Thép đúc: là loại thép đặc biệt dùng cho các bộ phận như gối cầu, khớp cầu … (Bảng 1.3)

Bảng 1.3

Các loại thép

Độ bền chịu kéo nhỏ nhất (Kg/mm2)

Giới hạn chảy nhỏ nhất (Kg/mm2)

Độ dãn tỉ đối nhỏ nhất (%)

- Thép dùng làm dây cáp, thanh thép cường độ cao: Có rất nhiều loại cáp được sử dụng hiện nay, (bảng 1.4) và (bảng 1.5) sẽ giới thiệu một số tiêu chuẩn và các thông số kỹ thuật của cáp cường độ cao được sản suất bởi công ty VSL

Bảng 1.4

Loại cáp 13mm (0.5’’) Loại cáp 15mm (0.6’’)

BS5896

ASTM A416Grade 270

EN138 BS5896

ASTM A416 Grade 270 Đường kính chuẩn (mm) 12.9 12.7 15.7 15.2

Trọng lượng chuẩn (Kg/m) 0.785 0.775 1.18 1.1

thẳng và không dài lắm Các thông số kỹ thuật của loại thép này được trình bày ở

(Bảng 1.6)

Bảng 1.6

- Bulông cường độ cường độ cao:

Bulông cường độ cao là loại liên kết thường được dùng trong cầu thép,

theo tiêu chuẩn 22TCN 204-91 trong [3], các thông số kỹ thuật được trình bày ở

(Bảng 1.7 và 1.8)

Bảng 1.7

- Hợp kim nhôm: đối với công trình cầu thường dùng hợp kim nhôm gia

công đặc biệt (Bảng 1.9)

Bạng 1.9

nhoû nhaât (Kg/mm2)

Giôùi hán chạy nhoû nhaât (Kg/mm2)

Ñoô daõn tư ñoâi nhoû nhaât (%)

b) Caùc sô ñoă caău theùp vaø caùc dáng caău theùp ñang söû dúng ôû Vieôt Nam Theùp laø vaôt lieôu coù cöôøng ñoô cao, deê thi cođng, deê táo hình, tróng löôïng nhé, coù theơ vöôït khaơu ñoô lôùn Do ñoù caău theùp ñöôïc cheâ táo thaønh caùc dáng theo caùc sô ñoă keât caâu khaùc nhau nhö caău daăm theùp, daøn theùp, voøm theùp goăm caùc dáng

sô ñoă: sô ñoă caău giạn ñôn, sô ñoă caău lieđn túc, sô ñoă caău muùt thöøa Ngoaøi ra coøn coù caùc loái caău heô lieđn hôïp vaø caău dađy, hieôn nay cuõng ñang ñöôïc söû dúng roông raõi

ÔÛ Vieôt Nam tröôùc nhöõng naím 1954 ñaịc ñieơm cụa caùc caău theùp trong giai ñoán naøy laø khoơ hép tại tróng nhé, tređn caău ñöôøng saĩt chư phúc vú moôt ñöôøng ñôn chung vôùi ođtođ, tređn ñöôøng boô thöôøng chư thieât keâ cho moôt laøn xe trong [7] Daøn chụ coù dáng nhieău thanh xieđn nhö caău Ñuoâng cuõ, moôt soâ caău coù kieân truùc ñaịc bieôt nhö caău Long Bieđn, chieâc caău voøm noơi tieâng veă myõ quan laø caău Haøm Roăng qua sođng Maõ ôû Thanh Hoaù

Sau khi keât thuùc khaùng chieân choẫng Phaùp (1954) trong moôt thôøi gian ngaĩn chuùng ta ñaõ khođi phúc haøng loát caùc caău theùp nhö: caău Laøng Giaøng ôû Laøo Cai, caău Vieôt Trì, caău Ninh Bình, caău Haøm Roăng ñöôïc xađy döïng laiï theo sô ñoă daøn lieđn túc Thôøi kì naøy ôû mieăn Nam Myõ ñaău tö khaù nhieău vaøo giao thođng vaôn tại, moôt vaøi chieâc caău theùp ñöôïc xađy döïng nhö: caău Saøi Goøn, caău Bình Trieôu, caău Bình Phöôùc, caău Tađn An, caău Hoaù An, caău Beân Löùc thuoôc loái daăm theùp muùt thöøa

Sau naím 1975 caùc caău theùp tređn ñöôøng xuyeđn Vieôt laăn löôït ñöôïc thay theâ xađy döïng môùi trong ñoù ñaùng keơ laø caău Thaíng Long qua sođng Hoăng laø caău daøn theùp lieđn túc, caău Long Ñái daøn lieđn túc (1976), caău Chöông Döông daøn theùp (1985), caău Vieôt Trì, caău Ñoø Quan ôû Nam Ñònh döôùi dáng theùp lieđn túc lieđn hôïp

(1994), cầu dây văng Đakrông ở Quảng Trị (1976) bị sự cố năm 1999, được xây dựng lại năm 2000, cầu Sông Hàn ở Đà Nẳng, cầu Bính ở Hải Phòng…

1 2 Những vấn đề tồn tại trong việc khai thác cầu thép ở nước ta

Theo thời gian vật liệu ngày càng giảm cường độ và khả năng chịu lực, trong khi đó lưu lượng và tải trọng càng lúc càng tăng Vì vậy, việc duy tu bảo dưỡng cầu là một việc làm mang tính cấp thiết khi hệ thống cầu thép trên đường ôtô và đường sắt của nước ta đã và đang bị xuống cấp trầm trọng, có những biểu hiện của những hư hỏng đáng kể, dẫn đến chất lượng công trình không ngừng suy giảm, giá thành vận tải không thể hạ thấp, chưa đáp ứng được nhu cầu giao thông hiện tại một cách tối đa và có hiệu quả Sự suy giảm đó cũng do nhiều nguyên nhân quyết định:

ƒ Tình trạng quản lý cho đến nay thiếu tính hệ thống, không rõ ràng, trách nhiệm các đơn vị chồng chéo nhau trong [20]

ƒ Đội ngũ cán bộ, công nhân với trình độ kỹ thuật chưa đáp ứng được nhu cầu cần thiết, thiết bị kiểm tra và thi công sửa chữa còn rất hạn chế

ƒ Việc quản lý công trình lỏng lẻo, kiểm tra không thường xuyên và thiếu tính hệ thống, không có tiêu chuẩn để đánh giá công trình, phương pháp kiểm tra và chẩn đoán rất lạc hậu càng làm cho tình trạng cầu xuống cấp trầm trọng, hạn chế và làm trở ngại lớn cho việc vận tải trong [20]

ƒ Các hồ sơ thiết kế và thi công công trình cũ đôi khi không còn được lưu giữ, dẫn đến việc kiểm định, đánh giá tình trạng cầu cũ rất khó khăn

ƒ Sự thiếu hụt kinh phí và vốn đầu tư cho công tác khôi phục và sửa chữa các công trình cầu

ƒ Các vật liệu mới, vật liệu cường độ cao, chưa được áp dụng rộng rãi trong xây dựng và sửa chữa, mặt khác giá thành còn đắt, chủ yếu nhập khẩu, dẫn đến khó khăn cho việc chủ động nguồn vật liệu

Nhận xét: Trong thiết kế cầu, việc sử dụng kết cấu nhịp thép là một giải

pháp hợp lý cả về mặt kỹ thuật, kinh tế lẫn mỹ quan Tuy nhiên để duy trì khả năng khai thác của chúng theo thời gian thì phải có một hệ thống quản lý chặt

chẽ, công việc chẩn đoán và đánh giá các nguyên nhân gây ra hư hỏng phải chính xác để có biện pháp sửa chữa kịp thời nhằm nâng cao tuổi thọ và độ bền của công trình

CHƯƠNG 2

CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ

HỎNG TRONG CẦU THÉP

Nội dung trong chương này nhằm phân tích các nguyên nhân gây ra hư hỏng công trình cầu thép trong quá trình khai thác dưới tác động của các yếu tố khác nhau, từ đó đưa ra biện pháp sửa chữa, gia cố và tăng cường

2 1 Hư hỏng do sự ăn mòn kim loại

Vật liệu thép được dùng trong cầu thép sau một thời gian sử dụng bị hang

gỉ, giảm tiết diện cục bộ hay trên diện rộng, làm gỉ mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết áp sát vào nhau, làm sùi bề mặt, trương nở phần tiếp xúc giữa hai chi tiết liên kết, đây là các dạng hư hỏng phổ biến nhất của thép

Các dạng phổ biến nhất là bề mặt bị ố vàng, sần sùi bong tróc cho đến ăn mòn tiết diện cục bộ và trên diện rộng làm mất khả năng chịu lực của kết cấu trong quá trình khai thác

Hình 2.1 Dầm bị gỉ nặng gây mất ổn định cho toàn cầu

Hình 2.5 Thanh biên dưới của dàn mất hẳn tiết diện chịu lực

Hình 2.6 Bản nút của dàn mất hẳn tiết diện chịu lực

™ Các nguyên nhân trực tiếp dẫn đến gỉ các bộ phận của cầu thép:

Thoát nước kém trên bề mặt cấu kiện cũng như trên mặt cầu, môi trường khí hậu nhiệt đới, các vùng ven biển thường có độ ẩm cao, hơi nước biển lại mang theo muối nên tốc độ gỉ trên các công trình cầu thép rất cao

Công tác thiết kế thi công bố trí khoảng cách các đinh tán không hợp lý

do đó ảnh hưởng đến độ ép khít các chi tiết, phần lớn bị gỉ và trương nở gỉ, một số

làm sạch gỉ và quét sơn bảo vệ Sử dụng loại sơn không đúng và chuẩn bị bề mặt sơn không tốt

Nguyên nhân chính cũng là do bảo dưỡng duy tu không thường xuyên dẫn đến các bộ phận kết cấu hư hỏng ngày càng trầm trọng, gây ra phá hoại Mặt khác cũng do việc thiết kế chế tạo quá phức tạp dẫn đến những chi tiết không thể bảo dưỡng được trong quá trình khai thác

™ Gỉ thép thực chất là quá trình ăn mòn kim loại trong các môi trường Trước tiên ăn mòn kim loại xuất phát từ quá trình chế tạo trong [12], ảnh hưởng của thành phần cacbon trong thép và đặc tính gia công bề mặt Trong quá trình khai thác, ảnh hưởng của thành phần không khí đặc biệt là oxi, các hợp chất lưu huỳnh và hơi nước, làm ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn kim loại, tạo nên các phản ứng khử cacbon Quá trình khử cacbon trong thép sẽ làm giảm độ cứng bề mặt, giảm độ bền mài mòn và giới hạn đàn hồi của thép Khi tăng hàm lượng cacbon trong thép thì tốc độ khử cacbon giảm đi do lượng khí CO tạo thành quá lớn sẽ khống chế qúa trình khử

Tại các vị trí đọng nước hay dễ bị ẩm của các bộ phận cầu, sắt (Fe) bị ăn mòn điện hoá tạo thành Fe(OH)2 → phản ứng oxi hoá → Fe(OH)3 có màu vàng cam (màu đặc trưng của gỉ sét)

2 2 Hư hỏng do vật liệu thép bị mỏi và phá hoại dòn

Quá trình tác dụng thường xuyên của tải trọng lặp gây nên những hư hỏng tích lũy trong kết cấu, đến một mức độ nhất định sẽ phá hủy kết cấu Thép bị phá hoại ở biến dạng nhỏ có kèm theo vết nứt, các vết nứt thường khó phát hiện

ƒ Vết nứt phát triển ở vùng chịu lực cục bộ, nơi có ứng suất tập trung lớn nhất, vết nứt đi qua các lỗ đinh ở đầu thanh, vết nứt mỏi kết hợp việc các đinh tán

bị lỏng

ƒ Vết nứt xuất hiện ở cánh nằm ngang của thép góc cánh trên dầm dọc

ƒ Vết nứt xuất hiện ở bản bụng dầm dọc theo hướng nghiêng đi từ mép lỗ đinh của liên kết bản bụng với thép góc nối thẳng đứng

Hình 2.7 Vết nứt nách sườn tăng cường

Hình 2.8 Vết nứt giữa dầm

Hình 2.9 Vết nứt ở mặt cắt nghiêng

Vết nứt

Vết nứt Vết

nứt

Hình 2.10 Vết nứt ở mối hàn liên kết dọc và ngang

nứt

Vết nứt

Hình 2.11 Vết nứt ở mặt cắt thẳng góc

Vết

nứt

Bản táp

Dầm ngang

Dầm dọc Vết nứt

Hình 2.13 Vết nứt ở bản dưới dầm ngang liên kết với dầm dọc

Hình 2.14 Vết nứt xuất hiện ở bản cá

Hình 2.15 Vết nứt xuất hiện nách thép góc cánh dầm

Vết nứt ngang lỗ đinh tán

™ Nguyên nhân gây ra mỏi và phá hoại dòn trong thép

Cấu kiện bị phá huỷ là hậu quả của quá trình phát triển các vết nứt, những vết nứt mỏi thường xuất hiện ở vị trí có ứng suất tập trung lớn, chịu ứng suất phức tạp, bị biến cứng sau khi bị biến dạng dẻo ở nhiệt độ thường

ƒ Trong hệ dầm mặt cầu và các liên kết của nó phá hoại mỏi xuất hiện là

do ứng suất kéo tập trung lớn và luôn thay đổi theo chu trình Ứng suất pháp lớn trong liên kết dầm dọc với dầm ngang gây ra vết nứt mỏi trong bản con cá, nguyên nhân chính của nó là sự đồng thời làm việc giữa hệ mặt cầu và dàn chủ cao

ƒ Các vết nứt xuất hiện ở thép góc liên kết là do tác động momen uốn tại mối nối và thành phần lực trong dầm dọc khi tham gia cùng làm việc với các biên của dàn chủ

ƒ Sự phân rã đinh tán làm tăng biến dạng trong các liên kết và của toàn bộ kết cấu, dẫn đến hiện tượng tăng nhanh ứng suất tập trung ở vùng lỗ đinh, đồng thời cùng với việc tăng ứng suất tập trung thì khả năng xảy ra những hư hỏng do hiện tượng mỏi của vật liệu ở xung quanh lỗ đinh cũng tăng nhanh, đặc biệt là đối với cấu kiện chịu kéo hoặc chịu lực hai dấu, lặp theo chu kỳ, những hư hỏng này thường kéo theo hiện tượng phá hủy mỏi

ƒ Các hư hỏng của đinh tán trong các liên kết hư hỏng thường gặp do lực tán đinh yếu, nhiệt độ tán không đủ, đinh bị đốt nóng quá mức, chất lượng thép tán xấu, chiều dài thân đinh không đủ, ép búa không đúng khi tán đinh, lực ép búa yếu trong [17], (Bảng 2.1)

ƒ Các hư hỏng liên kết hàn trong các liên kết do chất lượng thuốc hàn xấu,

do bẩn các mép chuẩn bị hàn, do xỉ hàn lẫn vào mối hàn, nhiệt độ hàn cao các kim loại nóng chảy thành rìa

ƒ Các vết nứt xuất hiện do nhiều nguyên nhân khác nhau, một phần do quá trình chế tạo vật liệu, do xếp lớp khi cán hoặc rèn, do nhiệt độ luyện, do vật liệu có sẵn khuyết tật như rỗ, xỉ và ứng suất nhiệt trên mặt vật liệu khi gia công…

Bảng 2.1 Các hư hỏng của đinh tán trong các liên kết

Đinh bị hư hỏng Hình vẽ Nguyên nhân

Đinh tán bị yếu, bị

lắc khi đập búa

Lực đinh tán yếu, nhiệt độ đun nóng không đủ, các tập bản không khít

lượng thép đinh tán xấu

Mũ đinh không được

Mũ đinh bị khuyết

hết xung quanh

Ép búa không đúng, chiều dài thân đinh không đủ

Mũ đinh bị khuyết ở

một phần

Ép búa không đúng, chiều dài thân đinh không đủ

yếu

Có gờ quanh mũ

đinh

Chiều dài phôi đinh thừa

Vết rạch mặt kim

loại

Kỹ thuật tán đinh kém

Hình 2.16 Các hư hỏng liên kết hàn

Phá hoại dòn là hiện tượng phá hủy kết cấu dưới tác dụng của tải trọng mà biến dạng dẻo hầu như không xuất hiện, khi các ứng suất còn nhỏ hơn nhiều

so với cường độ thiết kế và giới hạn chảy của thép Phá hoại dòn có hai giai đoạn: giai đoạn phát sinh ra vết nứt dòn và giai đoạn phát triển các vết nứt trên toàn tiết diện Về bản chất hiện tượng này là hậu quả của việc phát triển vết nứt một cách đột ngột tại những vị trí xung yếu có ứng suất vượt tải lớn Các hư hỏng

do phá hoại dòn rất ít gặp ở nước ta, sự phá hoại dòn xảy ra là do phát triển tức thời các biến dạng dẻo không thể hiện rõ rệt, chỉ xảy ra ở vùng chịu kéo, các chi tiết có chiều dày tương đối lớn

Một trong những nguyên nhân gây phá hoại dòn là trạng thái ứng suất kéo

ba chiều có thể xuất hiện ở rãnh của phần tử trong [5], hoặc những chổ không liên tục trong liên kết hàn Khi xuất hiện hư hỏng dẻo, lực cắt dọc theo mặt trượt phát triển, các tải trọng tác dụng đột ngột tạo ra xung lực ngắn không đủ thời gian gây ra những ứng suất dẻo

Phá hoại dòn xuất hiện còn phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của thép, hình dạng cấu kiện, trạng thái ứng suất, tốc độ biến dạng, nhiệt độ của môi trường xung quanh, chúng thường xuất hiện ở kết cấu nhịp cầu liên kết hàn hơn kết cấu nhịp có liên kết tán đinh

Như vậy phá hoại dòn là sự phá hoại ở biến dạng nhỏ, sự phá hoại xảy ra là do trước đó có xuất hiện vết nứt nhỏ, lực tác dụng giữa các phân tử bị mất đi, sự phá hoại đó do thép bị lão hoá, bị biến cứng, chịu ứng suất cục bộ

2 3 Hư hỏng do tác động cơ học và các dạng hư hỏng khác

Kết cấu nhịp cầu dầm, dàn thép dưới tác dụng của tải trọng thường xuyên và các tải trọng không thường xuyên làm cho kết cấu hư hỏng giảm hoặc mất khả năng sử dụng, một số công trình nằm trong khu vực có điều kiện tự nhiên (khí hậu, địa hình, địa chất…) không thuận lợi, vùng có chiến tranh do bom đạn phá huỷ, cầu nằm trên tuyến đường có các loại tải trọng đặc biệt Những hư hỏng cơ học rất đa dạng, cấu kiện có thể bị hư hỏng toàn bộ hay từng phần hoặc xảy ra hiện tượng cong vênh tổng thể và cục bộ, mức độ hư hỏng còn tuỳ thuộc vào độ lớn của khuyết tật và sự thay đổi trạng thái ứng suất của kết cấu do va đập gây ra

Các vị trí hư hỏng xảy ra ở nơi hoạt tải thường hoặc có thể tiếp xúc được với bề mặt cấu kiện, các hư hỏng thường xuất hiện dưới kết cấu nhịp đối với cầu vượt, đối với cầu dàn thường xuất hiện ở các vị trí khung cổng cầu, thanh đứng, thanh xiên và các vị trí hoạt tải có thể tiếp xúc được trong phạm vi đường xe chạy

Hình 2.17 Cánh dưới dầm dọc bị biến dạng do bị va đập

(Cầu vượt đường)

Hình 2.19 Liên kết ngang của dàn bị biến dạng do va đập

Hình 2.20 Dầm bị mất ổn định do cẩu lắp

Các khuyết tật cơ học gây ra cho các bộ phận trong cầu là do các tải trọng quá khổ giới hạn qua cầu, hay do các khuyết tật trong quá trình gia công và lắp ráp, trong quá trình khai thác có những tác động khác như động đất, do bom đạn, cũng như các điều kiện thời tiết khí hậu bất lợi

Các sai phạm trong thi công: các sơ đồ tính toán bị thay đổi, các điểm tựa không đúng cũng như không đủ trong khi thi công, các vùng “biến cứng” khi phải dùng búa để chỉnh sửa, những vùng hàn với ứng suất nhiệt phát sinh Mặt khác, trong khi thi công không lắp ráp đúng với trình tự thiết kế, không liên kết giằng cần thiết dẫn đến mất ổn định cục bộ và ổn định chung

Hình 2.21 Cầu bị hư hỏng do động đất

Các dạng hư hỏng khác: độ võng quá lớn, có thể do sai sót về cách chọn kích thước hình học khi thi công, cũng có thể do việc tăng tĩnh tải quá mức so với tính toán thiết kế, giảm tiết diện dầm chủ hay do vượt tải đột ngột, cũng do đặt nhầm vị trí các chi tiết, dẫn đến việc truyền lực trong kết cấu không đúng với tính toán thiết kế ban đầu

Hình 2.22 Dầm bị mất ổn định, cánh chịu nén bị biến dạng

Hình 2.23 Cánh dưới của dầm bị biến dạng

Các biến dạng này là do nguyên nhân chế tạo sau khi gia công, sau qúa trình khai thác có thể xuất hiện các biến dạng đã có từ trước đó

Các bộ phận khác thuộc công trình cầu thường xuyên bị hư hỏng (gối cầu, ống thoát nước…), các hư hỏng thường xuyên này chủ yếu do việc duy tu bảo dưỡng không tốt, nước mưa làm gỉ và nứt gãy ống, gối cầu bị kẹt không làm việc đúng chức năng của nó hoặc do quá tải, tính toán thiết kế không xét đầy dủ các ảnh hưởng xấu của tải trọng, việc thi công không tốt dẫn đến những hư hỏng các bộ phận

Hình 2.24 Gối cầu bị nghiêng lệch – bộ phận thoát nước bị hư hỏng

Nhận xét: Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình bao gồm các yếu tố tác

động cơ lý và hoá học diễn ra trong quá trình xây dựng và khai thác công trình, những sai sót trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công hoặc không kịp thời duy tu trong quá trình vận hành công trình

ƒ Các tác động cơ học bao gồm các loại tải trọng tác dụng lên công trình như trọng lượng bản thân kết cấu, tải trọng sử dụng ngắn hạn và dài hạn, tải trọng

do sự cố công nghệ, bom đạn

ƒ Các tác động lý hoá bao gồm tác động của nhiệt độ, độ ẩm, do lún không đều, chấn động, môi trường ăn mòn hoá học, điện hoá, do quá trình lão hoá của vật liệu

ƒ Trong công tác thiết kế, việc áp dụng các giải pháp kết cấu nền móng không phù hợp, chưa đề cập đầy đủ các dạng tải trọng có thể xảy ra, tính toán sai, sử dụng vật liệu không thoả đáng, làm giảm khả năng chịu tải của công trình, có khi dẫn đến sự sụp đổ công trình

ƒ Những sai sót trong quá trình thi công và chế tạo là nguyên nhân rất quan trọng làm giảm chất lượng công trình, những sai sót này khá đa dạng thể hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau

ƒ Ngoài ra chế độ bảo dưỡng công trình trong quá trình vận hành ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ của công trình, đặc biệt là đối với các công trình chịu tác dụng

lâu ngày của hoá chất ăn mòn

2.4 Các biện pháp sửa chữa, gia cố, tăng cường kết cấu nhịp cầu thép

2.4.1 Đánh giá nguyên nhân, mức độ hư hỏng cần gia cố, tăng cường các bộ phận và toàn bộ công trình

Song song với việc xây dựng mới, việc sửa chữa gia cố và cải tạo các công trình cũ chiếm một khối lượng quan trọng trong toàn bộ khối lượng công việc xây dựng nói chung Công việc sửa chữa, gia cố và cải tạo các công trình xây dựng nhằm vào những công trình: đã sử dụng lâu năm bị xuống cấp do tác động của các nguyên nhân khác nhau Những công trình bị hư hỏng do những sai sót trong các khâu khảo sát, thiết kế và thi công, những công trình có nhu cầu thay đổi về mặt sử dụng như thay đổi công năng dẫn đến thay đổi về sơ đồ kết cấu, thay đổi tải trọng, những công trình có nhu cầu mở rộng như mở rộng mặt bằng hoặc nâng thêm chiều cao, nâng thêm tải trọng

Công việc sửa chữa gia cố và cải tạo các công trình xây dựng nói chung là đề cập đến những công trình có nhu cầu cải thiện về mặt chịu tải nhằm đảm bảo

an toàn, tăng tuổi thọ và tăng hiệu quả sử dụng của công trình Việc đánh giá khả năng chịu tải của các cấu kiện, của kết cấu nhịp cũng như của toàn bộ công trình phải thông qua đánh giá cấp tải trọng của cấu kiện yếu nhất, do cấp tải trọng trong các bộ phận của kết cấu nhịp rất khác nhau, nên để kết cấu nhịp thỏa mãn các tải trọng yêu cầu, trong nhiều truờng hợp chỉ cần tăng cường một số ít các cấu kiện Việc gia cố tăng cường kết cấu phải được quyết định thông qua các phân tích kinh tế kỹ thuật, tình trạng cơ lý của kết cấu có ảnh hưởng đáng kể đến việc lựa chọn giải pháp gia cố tăng cường

Tính chất và mức độ hư hỏng của kết cấu thép phụ thuộc vào nguyên nhân tác động đến công trình, dưới ảnh hưởng của việc tăng cường và kéo dài của tải trọng trong suốt quá trình vận hành dẫn đến tình trạng biến dạng dư khá lớn, đặc biệt là khi ứng suất trong kết cấu vượt quá giới hạn chảy Hiện tượng mất ổn định thường xảy ra đối với thanh chịu nén có độ mãnh lớn, khi chịu tác động lâu dài của tải trọng rung động thì trong kết cấu xuất hiện tình trạng mỏi thể hiện các vết nứt li ti trong kết cấu cũng như trong các mối hàn liên kết, dễ dẫn tới tình trạng

phá hoại dòn Các đinh tán và bulông trong trường hợp này cũng dễ bị nới lỏng và giảm khả năng chịu lực

Để duy trì khả năng chịu tải của kết cấu hiện có hoặc tăng cường khả năng chịu tải của chúng khi có yêu cầu tăng tải trọng, kết cấu thép có thể được gia cố theo các hình thức sau:

ƒ Tháo rời từng cấu kiện, gia cố lại hoặc chế tạo mới trong công xưởng rồi mang lắp lại

ƒ Không tháo rời kết cấu đang làm việc nhưng cất dỡ được một phần tải trọng đáng kể so với trọng lượng bản thân

a) Biện pháp giảm tải và dùng kết cấu thay thế

Biện pháp giảm tải có thể thực hiện theo hai cách:

ƒ Thứ nhất là giữ nguyên hiện trạng của kết cấu chịu lực và giảm tải trọng sử dụng hoặc tải trọng của kết cấu bao che, giảm tải trọng tác động lên công trình bằng cách thay đổi phương tiện, thiết bị với tải trọng hạn chế

ƒ Thứ hai là đưa thêm kết cấu phụ cùng tham gia chịu tải với cấu kiện hiện có Trong trường hợp kết cấu hư hỏng nhiều, khi các giải pháp khác không thu được hiệu quả cao và đồng thời có thể thay thế được thì nên thay thế bằng kết cấu mới

b) Biện pháp tăng cường tiết diện

Là biện pháp thông dụng để tăng khả năng chịu tải của kết cấu, nội dung chủ yếu của biện pháp này là ghép thêm các thanh thép vào các thanh sẵn có của kết cấu một cách hợp lý để tăng thêm tiết diện chịu lực Sự làm việc đồng thờicủa tiết diện cũ và tiết diện ghép nối thêm phụ thuộc vào hình thức ghép nối

c) Biện pháp thay đổi sơ đồ kết cấu:

Thay đổi sơ đồ kết cấu làm thay đổi trạng thái chịu lực của kết cấu như thay đổi nội lực, tăng cường độ cứng, độ ổn định nhằm tăng cường khả năng chịu tải của chúng

ƒ Tăng thêm gối tựa: sử dụng đối với kết cấu chịu uốn làm giảm momen đáng kể cho kết cấu, các gối tựa mới thêm có thể xuất hiện momen âm, các gối tựa bổ sung có thể là gối tựa cứng hay gối tựa đàn hồi

ƒ Thay đổi dạng liên kết: để giảm momen giữa nhịp của hệ thống dầm hoặc dàn theo sơ đồ tĩnh định, có thể thay đổi cấu tạo các nút liên kết tại gối tựa thành liên kết cứng, biến hệ thống dầm dàn giản đơn thành hệ thống dầm dàn liên tục

ƒ Dùng dây căng hoặc thanh căng cường độ cao làm thay đổi nội lực và tăng mức độ ổn định cho kết cấu

ƒ Giảm độ mãnh của cấu kiện chịu nén: làm tăng hệ số uốn dọc, làm tăng đáng kể khả năng chịu tải của chúng

2.4.2 Các biện pháp sửa chữa cấu kiện bị hư hỏng

2.4.2.1 Cấu kiện bị ăn mòn

Trong khai thác và bảo dưỡng cần giảm tốc độ oxi hóa, tăng thêm tiết diện hay thay thế các bộ phận bị hư hỏng nặng Để giảm tốc độ ôxi hóa bằng cách sử dụng các vật liệu bao phủ bảo vệ, tẩy bỏ lớp gỉ trong kết cấu cũ và thay thế bằêng lớp bảo vệ mới Hệ thống sơn thông thường được sử dụng trên cơ sở thoả mãn tính năng sử dụng lâu dài để bảo vệ các loại thép bao gồm: hệ thống phủ một lớp: kẽm silicat vô cơ, mạ nóng, nhiệt phun kẽm Hệ thống phủ nhiều lớp: kẽm silicat hoặc epoxy giàu kẽm cộng thêm những lớp phủ ngoài cùng

ƒ Sơn phủ màng ngăn: tạo ra một màng ngăn vật lý, không thẩm khí, ngăn cách bề mặt khỏi môi trường hang gỉ, bao gồm các chất như: alkyd, vinyl, cao su clo hoá, epoxy, poly urethane, acrylic, bitum

ƒ Sơn phủ hy sinh: loại này dựa vào các kim loại hoạt động điện hoá như kẽm hoặc nhôm, các kim loại này sẽ bị ăn mòn trước bề mặt thép trong môi trường điện hóa Các chất này được phủ lên bề mặt thép dưới dạng các chất màu hoặc được mạ nóng chảy, phun nóng hoặc mạ điện

ƒ Sơn phủ ức chế: loại này chứa một số chất màu đặc biệt như (muối, cromat, phốtphat- sơn phủ ức chế), dưới tác động của hơi ẩm đã thấm qua lớp phủ sẽ kìm hãm và thụ động hoá bề mặt thép, làm giảm bớt quá trình hang gỉ

Đối với các bộ phận khó thay thế thì biện pháp tăng thêm tiết diện chịu lực đối với các phần bị mất do ăn mòn là biện pháp tức thời không mang lại hiệu quả cao Bằng cách tẩy gỉ làm sạch bề mặt, liên kết thêm thành phần tiết diện của bộ phận kết cấu bằng keo dán, hàn hoặc bu lông cường độ cao Đối với các bộ phận có thể thay thế đựơc hoặc dễ thay thế hay cần phải thay thế do yêu cầu chịu lực không còn đảm bảo nữa Khi đó phải dỡ bỏ hoàn toàn chi tiết cũ và thay thế bằng chi tiết mới có cấu tạo và đặc trưng hình học giống như kấu kiện cũ

Trong chế tạo và thiết kế cần tạo ra hợp kim chịu nhiệt để làm giảm quá trình ôxi hóa của kim loại, thiết kế tiết diện chịu lực lớn hơn tiết diện tính toán để ngăn ngừa quá trình ăn mòn trong điều kiện bảo dưỡng không tốt bằng cách tăng chiều dày của thép Thiết kế các bộ phận dễ thoát nước và không quá phức tạp để đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa, dùng thép cường độ cao, thép chống

gỉ

2.4.2.2 Cấu kiện bị mỏi

Các vết nứt thường tập trung tại vị trí các đinh bị lỏng khi đó cần thay thế các đinh hay bằng bu lông cường độ cao Bulông cường độ cao dùng để thay thế các đinh tán bị hỏng do sử dụng lâu ngày, liên kết đinh tán lỏng làm giảm ma sát giữa các bản thép và liên kết có chuyển vị lớn, ứng suất tập trung tăng lên nhiều

ở các lỗ đinh bị hỏng so với trạng thái ban đầu Đinh tán bị hỏng không chỉ phụ thuộc vào tải trọng thường xuyên lớn hay nhỏ mà còn phụ thuộc vào số lần tác dụng của tải trọng

Trong cầu dàn thép, liên kết các thanh xiên chịu kéo, chịu lực đổi dấu trong các nút (thường gặp ở các nút phía trên) dàn hoa, liên kết dầm dọc với dầm ngang không có bản cá, cũng như liên kết của các chi tiết chịu áp lực của hoạt tải (đinh tán trên các thép góc của dầm dọc) là những nơi rất dễ bị lỏng đinh tán Thay các đinh tán bị lỏng bằng các đinh mới thường không có kết quả vì các con đinh mới nhanh chóng bị hỏng và đôi khi còn có hại do búa tán va đập làm hỏng các con đinh lân cận Do đó bulông cường đôï cao thay các đinh bị hỏng không làm cho liên kết giảm yếu dưới tác dụng của tải trọng mà nó còn chịu tốt hơn cả