Đề xuất biện pháp nâng cấp cầu thanh nguyên km8 050 hl16 trà vinh dựa vào kết quả đánh giá thực nghiệm trạng thái kỹ thuật cầu

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

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Mã số: 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS CAO VĂN LÂM

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CẢM ƠN

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

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

Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót

là điều khó tránh khỏi Tôi rất mong sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô để đề tài được hoàn thiện hơn và để tôi vững vàng hơn khi tiếp xúc với công việc sau này Lời cuối cùng, tôi xin kính chúc quý Thầy Cô luôn mạnh khỏe

Trà Vinh, ngày tháng năm 2019

Học viên thực hiện

Nguyễn Tấn Êm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến

sĩ Cao Văn Lâm là đề tài làm mới, không sao chép hay trùng với đề tài nào đã thực hiện, chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã nêu trong báo cáo

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

Nếu sai, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Nguyễn Tấn Êm

ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN KM8+050 HL16

TRÀ VINH DỰA VÀO KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM

TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CẦU

Học viên: Nguyễn Tấn Êm

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

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

Tóm tắt - Trên thế giới nói chung hay ở Việt Nam nói riêng, cụ thể là trên địa bàn tỉnh

Trà Vinh thì việc xây dựng mới cơ sở hạ tầng với nguồn kinh phí hạn chế là rất khó khăn Nên việc tìm hiểu các biện pháp nâng cấp cầu để đồng bộ hóa tải trọng là nhu cầu rất cần thiết Trong thực tế, có nhiều biện pháp nâng cấp cầu được sử dụng như: căng cáp dự ứng lực ngoài, dán bản thép, dán vật liệu composite, mở rộng tăng cường tiết diện Tuy nhiên, việc nghiên cứu biện pháp nâng cấp cầu tối ưu nhất chưa được kỹ lưỡng Vì vậy, tác giả

đi sâu tìm hiểu, đánh giá hiệu quả của các biện pháp nâng cấp trên cầu thực tế Đầu tiên, tác giả tiến hành kiểm định cầu cũ để đánh giá trạng thái kỹ thuật của cầu Sau đó, tiến hành tính toán các biện pháp nâng cấp cầu, so sánh tính hiệu quả của mỗi biện pháp để đề xuất biện pháp nâng cấp phù hợp nhất Kết quả này sẽ góp phần bổ sung vào kho dữ liệu

về các biện pháp gia cường cầu Đây là tiền đề để có sự so sánh cũng như lựa chọn các biện pháp nâng cấp cầu trong tương lai

Từ khóa - biện pháp nâng cấp; bê tông cốt thép; composite, dự ứng lực, kiểm định cầu

A SUGGESTION ON UPGRADING METHOD FOR THANH NGUYEN

KM8+050 HL16 BRIDGE IN TRA VINH PROVINCE BASED ON EXPERIMENTAL ASSESSMENT RESULTS

OF TECHNICAL BRIDGE STATUS Abstract - Either in all over the world or Vietnam, particularly in Tra Vinh province, the

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

Key words - upgrading method, reinforced concrete, composite, prestressed, bridge

testing

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

1.Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu: 2

3 Phạm vi nghiên cứu: 2

4 Mục tiêu nghiên cứu: 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Dự kiến kết cấu nội dung của luận văn: 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU 4

1.1 Tổng quan về cầu bê tông cốt thép thường 4

1.2 Cấu tạo cầu Thanh Nguyên 4

1.3 Các iện pháp gia cường của cầu cũ hiện nay: 6

1.3.1 Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài: 6

1.3.1.1 Phạm vi áp dụng 6

1.3.1.2 Nguyên tắc cấu tạo 6

1.3.1.3 Ứng dụng 9

1.3.2 Gia cường bằng bản thép 10

1.3.2.1 Phạm vi áp dụng 10

1.3.2.2 Nguyên tắc cấu tạo 10

1.3.3 Gia cường bằng vật liệu Composite 11

1.3.3.1 Phạm vi áp dụng 11

1.3.3.2 Nguyên tắc cấu tạo 11

1.3.3.3 Ứng dụng 14

1.3.4 Gia cường bằng tăng cường tiết diện 14

1.3.4.1 Phạm vi áp dụng 15

1.3.4.2 Nguyên tắc cấu tạo 15

1.3.4.3 Ứng dụng 16

1.4 Ưu và nhược điểm của các iện pháp nâng cấp công trình hiện nay 16

1.4.1 Phương pháp gia cường bằng căng cáp dự ứng lực ngoài 16

1.4.2 Phương pháp gia cường bằng gia cường bằng bản thép 17

1.4.3 Phương pháp gia cường bằng vật liệu composite 17

1.4.4 Phương pháp gia cường bằng tăng cường tiết diện 18

1.5 Những vấn đề còn gặp phải trong công tác sửa chữa gia cường cầu 18

Kết luận chương 1 19

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20

2.1 Phương pháp đánh giá trạng thái của cầu ằng thực nghiệm 20

2.1.1 Các trường hợp cần đánh giá trạng thái của cầu 20

2.1.2 Các nội dung đo các khi thử tải cầu 20

2.1.3 Công tác chuẩn bị thử tải 21

2.2 Phân tích lựa chọn tải trọng cần nâng cấp 22

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán nâng cấp công trình cầu 22

2.3.1 Tính toán gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài 22

2.3.1.1 Tính toán gia cường sức kháng uốn 22

2.3.1.2 Tính toán gia cường sức kháng cắt 23

2.3.2 Tính toán gia cường bản thép 23

2.3.3 Tính toán gia cường vật liệu composite 24

2.3.4 Tính toán gia cường bằng tăng cường tiết diện 27

2.4 Kết quả tính toán nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên 28

2.4.1 Thử tải trọng tĩnh đối với công trình, phương pháp thử tải tĩnh 28

2.4.2 Phương pháp thử tải với tải trọng động 28

2.4.3 Tải trọng thử và các sơ đồ tải trọng 29

2.4.4 Các phương pháp đánh giá cầu 29

2.4.5 Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng 29

2.4.5.1 Đánh giá tải trọng thiết kế 30

2.4.5.2 Đánh giá tải trọng hợp pháp 30

2.4.5.3 Đánh giá tải trọng cấp phép 31

2.4.6 Quy trình đánh giá tải trọng theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng và hệ số sức kháng 31

2.4.6.1 Trình tự đánh giá 31

2.4.6.2 Công thức đánh giá tải trọng 32

2.4.6.3 Tính toán khả năng chịu tải C 32

2.4.7 Hiệu ứng tải trọng 34

2.4.7.1 Hiệu ứng tĩnh tải 34

2.4.7.2 Hiệu ứng hoạt tải 35

Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN 36

3.1 Phương pháp đo đạc thực nghiệm 36

3.1.1 Công tác chuẩn bị đo đạc tại hiện trường 36

3.1.2 Tải trọng thử và các sơ đồ xếp tải 36

3.1.2.1 Nguyên tắc xác định tải trọng xe 36

3.1.2.2 Tải trọng thử nghiệm 36

3.1.2.3 Bố trí sơ đồ thử tải 38

3.1.3 Bố trí điểm đo 40

3.2 Đánh giá trạng thái kỹ thuật của công trình cầu Thanh Nguyên 46

3.3 Đề xuất iện pháp nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên 49

3.3.1 Các đặc trưng hình học và các tham số liên quan 49

3.3.2 Tính toán gia cường dầm cầu Thanh Nguyên 50

3.3.2.1 Sức kháng của dầm chưa gia cường 51

3.3.2.2 Tính toán gia cường dầm 51

3.4 Đánh giá hiệu quả của ài toán nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên 56

3.4.1 Hiệu quả gia cường sức kháng uốn 56

3.4.2 Hiệu quả gia cường sức kháng cắt 56

3.4.3 Đánh giá hiệu quả gia cường 56

Kết luận chương 3 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57

Kết luận 57

Kiến nghị 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 0.1: Cầu Thanh Nguyên 1

Hình 1.1: Mặt cắt ngang cầu 5

Hình 1.2: Mặt cắt ngang dầm 5

Hình 1.3: Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng 7

Hình 1.4: Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc 7

Hình 1.5: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng 8

Hình 1.6: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc 8

Hình 1.7: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc tại giữa nhịp 9

Hình 1.8: Gia cường bằng bản thép dầm BTCT thường 10

Hình 1.9: Gia cường bằng tăng cường tiết diện 15

Hình 1.10: Gia cường bằng tăng cường tiết diện trong thực tế 16

Hình 2.1: Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng căng cáp DƯL ngoài 22

Hình 2.2: Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng dán bản thép 23

Hình 2.3: Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng dán tấm FRP 24

Hình 2.4: Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng mở rộng tiết diện 27

Hình 2.5 Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp 32

Hình 3.1: Tải trọng thử 37

Hình 3.2: Đo đạc vị trí xếp tải 37

Hình 3.3: Điều động tải trọng thử 38

Hình 3.4: Sơ đồ xếp tải đúng tâm 39

Hình 3.5: Sơ đồ xếp tải lệch tâm thượng lưu 39

Hình 3.6: Sơ đồ xếp tải lệch tâm hạ lưu 39

Hình 3.7: Sơ đồ bố trí điểm đo võng dầm 40

Hình 3.8: Lắp đặt thiết bị đo 41

Hình 3.9: Lắp đặt đồng hồ đo chuyển vị 41

Hình 3.10: Đọc số liệu đo 42

Hình 3.11: Biểu đồ chuyển vị của các dầm dưới tác dụng của tải trọng đúng tâm 43

Hình 3.12: Biểu đồ chuyển vị của các dầm dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm thượng lưu 44 Hình 3.13: Biểu đồ chuyển vị của các dầm dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm hạ lưu 45

Hình 3.14: Biểu đồ tổng hợp độ võng theo 3 sơ đồ xếp tải 46

Hình 3.15: Tải trọng 3 48

Hình 3.16: Tải trọng 3S2 48

Hình 3.17: Tải trọng 3-3 49

Hình 3.18: Mắt cắt ngang dầm cầu Thanh Nguyên 50

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: So sánh đặc trưng ba loại sợi theo Meier 1994 12

Bảng 1.2: So sánh các đặc trưng cơ học của các loại sợi khác nhau với thép 14

Bảng 2.1: Hệ số tải trọng của hoạt tải theo TTGH 34

Bảng 2.2: Hệ số tải trọng của tải trọng hợp pháp 34

Bảng 3.1: Thông số về kích thước và tải trọng xe thử nghiệm 38

Bảng 3.2: Kết quả đo võng và hệ số phân bố ngang các dầm dọc nhịp N1 42

Bảng 3.3: Kết quả đo võng và hệ số phân bố ngang các dầm dọc nhịp N1 44

Bảng 3.4: Kết quả đo võng và hệ số phân bố ngang các dầm dọc nhịp N1 45

Bảng 3.5: Hệ số điều kiện (ФC): 47

Bảng 3.6: Hệ số tải trọng 47

Bảng 3.7: Các hệ số đánh giá theo khả năng chịu uốn 48

Bảng 3.8: Các hệ số đánh giá theo khả năng chịu cắt 48

Bảng 3.9: Tải trọng cắm biển 49

Bảng 3.10: Tổ hợp nội lực theo TTGH CĐ 50

Bảng 3.11: Tổ hợp nội lực theo TTGH CĐ 50

Bảng 3.12: Kích thước vật liệu gia cường 55

Bảng 3.13: Bảng tổng hợp hiệu quả gia cường sức kháng uốn 56

Bảng 3.14: Bảng tổng hợp hiệu quả gia cường sức kháng cắt 56

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

FRP : Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Polime)

TTGH CĐ : Trạng thái giới hạn Cường độ

TTGH SD : Trạng thái giới hạn Sử dụng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

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

tố quan trọng thúc đẩy quá trình cơ cấu lại nền kinh tế, nâng cao hiệu quả, sức cạnh tranh của nền kinh tế

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

Để phát triển mạng lưới hạ tầng giao thông, song song với việc xây dựng mới thì việc duy trì sửa chữa các công trình cũ phải được chú trọng phù hợp với định hướng phát triển hạ tầng giao thông Hằng năm, luôn có rất nhiều nguồn ngân sách để phục

vụ cho việc này, tuy nhiên vẫn chưa đủ để đáp ứng cho số lượng lớn cầu cũ ở nước ta

Cụ thể hiện trạng cơ sở hạ tầng giao thông trên địa bàn tỉnh Trà Vinh với mạng lưới đường đi qua gồm: Quốc lộ 53, Quốc lộ 54, Quốc lộ 60, hệ thống mạng lưới đường tỉnh từ Đường tỉnh 911, Đường tỉnh 912, Đường tỉnh 913, Đường tỉnh 914, Đường tỉnh 915, Đường tỉnh 915B và các đường huyện (Hương lộ 1… Hương lộ 51, Hương lộ 81) Trong đó:

+ Trên các tuyến đường tỉnh có 34 cây cầu, với tổng chiều dài 2.257,7m, chủ yếu

có kết cấu bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép dự ứng lực, thép,…, một số cầu

có tải trọng chưa đồng bộ với hệ thống đường

+ Chiều dài các cầu hệ thống đường huyện với tổng cộng 3.609,8m Chất lượng cầu không đồng bộ còn nhiều cầu thép, cầu gỗ có tải trọng thấp <3T

Cụ thể, cầu BTCT Thanh Nguyên tại Km 8+050 trên đường huyện 16 huyện Châu Thành, tỉnh Trà Vinh có sức chịu tải là 3,5 tấn, trong khi tải trong cho phép của đường là 10 tấn

Hình 0.1: Cầu Thanh Nguyên

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

kỹ thuật của cầu

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

nên em chọn đề tài “Đề xuất biện pháp nâng cấp cầu Thanh Nguyên Km8+050 HL16 Trà Vinh dựa trên kết quả đánh giá thực nghiệm trạng thái kỹ thuật cầu” là phù hợp

với nhu cầu thực tiễn của tỉnh Trà Vinh

2 Đối tượng nghiên cứu:

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

- Các công nghệ gia cường cầu

3 Phạm vi nghiên cứu:

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

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

- So sánh lựa chọn biện pháp phù hợp

4 Mục tiêu nghiên cứu:

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

- Đề xuất biện pháp gia cường phù hợp

5 Phương pháp nghiên cứu

- Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

6 Dự kiến kết cấu nội dung của luận văn:

Phần mở đầu

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

- Đối tượng nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu

- Mục tiêu nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu

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

1.1 Tổng quan về cầu bê tông cốt thép thường

1.2 Cấu tạo cầu Thanh Nguyên

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

1.4 Ưu và nhược điểm của các biện pháp nâng cấp công trình hiện nay

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

Kết luận chương 1

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phương pháp đánh giá trạng thái của cầu bằng thực nghiệm

2.2 Phân tích lựa chọn tải trọng cần nâng cấp

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

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

Kết luận chương 2

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

3.1 Phương pháp đo đạc thực nghiệm

3.2 Đánh giá trạng thái kỹ thuật của công trình cầu Thanh Nguyên

3.3 Đề xuất biện pháp nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên

3.4 Đánh giá hiệu quả của bài toán nâng cấp công trình cầu Thanh Nguyên Kết luận chương 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU

1.1 Tổng quan về cầu bê tông cốt thép thường

Cầu BTCT xuất hiện đầu tiên vào những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi xi măng được phát minh vào khoảng năm 1825, việc đặt thép vào bê tông xuất hiện lẻ tẻ vào những năm 1835-1850 Từ năm 1855 trở đi BTCT mới chính thức ra đời tại Pháp Năm 1975 Joseph Monier đã xây dựng cầu BTCT đầu tiên dài 15,24m, rộng 3,96m

Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu BTCT chủ yếu là cầu nhịp nhỏ - cầu bản, dầm, vòm Năm 1896, người ta đã xây dựng cầu vòm nhịp 45m tại nước Nga

Giai đoạn đầu thế kỷ XX, cầu BTCT phát triển mạnh mẽ ngoài dạng đơn giản, người ta đã bắt đầu làm cầu liên tục, cầu khung, dầm công xôn nhịp 30 - 40m [1] Quá trình phát triển cầu BTCT ở Việt Nam có thể chia thành các giai đoạn ứng với các giai đoạn của lịch sử đấu tranh giành độc lập, giữ nước và xây dựng đất nước:

Thời kỳ trước cách mạng tháng 8:

Vào thời kỳ này, đã có nhiều cầu thuộc hệ thống nhịp bản, dầm giản đơn, dầm hẫng, vòm BTCT thường với nhịp 2m đến 20m được xây dựng trên các tuyến đường sắt và đường bộ Ví dụ chỉ trên tuyến đường sắt Hà Nội - Hồ Chí Minh có khoảng hơn

600 cầu BTCT nhịp 8m đến 11m xây dựng từ năm 1927-1932, đến nay vẫn còn tận dụng được sau khi gia cố sửa chữa nhiều đợt

Thời kỳ sau Cách mạng tháng 8-1945 đến năm 1954:

Đây là thời kỳ kháng chiến chống Pháp nên hầu như rất ít cầu BTCT được xây dựng mới

1.2 Cấu tạo cầu Thanh Nguyên

Cầu Thanh Nguyên nằm tại Km8+050 HL16, huyện Châu Thành, tỉnh Trà Vinh Cầu có kết cấu nhịp 9,5+12,5+9,5m, mỗi nhịp gồm 3 dầm dọc bê tông cốt thép Dầm biên có 4 dầm ngang và dầm giữa có 5 dầm ngang

Hiện tại cầu được cắm biển tải trọng cho phép là 3,5 tấn, trong khi đường huyện

16 cắm biển tại trọng cho phép là 10 tấn

Mặt cắt ngang dầm

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

* Kết cấu cầu:

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

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

- Trụ cầu: Các trụ cĩ kết cấu giống nhau dạng trụ dẻo BTCT, xà mũ trụ bằng BTCT đặt trên 4 cọc BTCT, tiết diện cọc (40x40)cm

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

- Mặt đường bê tông nhựa hai đầu cầu rộng Bm=3,5m, Bn=5,5m và được vuốt nối nhỏ dần khi vào cầu

+ Mặt đường láng nhựa

+ Hai đầu cầu đặt biển báo tên cầu và biển báo tải trọng 3,5T

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

1.3.1 Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài:

1.3.1.1 Phạm vi áp dụng

Ngoài việc dùng cáp DƯL trong việc chế tạo dầm, việc dùng cáp DƯL để gia cường cho cầu được nghĩ tới khi các công trình cầu này xuống cấp, không đáp ứng các yêu cầu về tải trọng cũng như độ võng Vì biện pháp dùng cáp DƯL để gia cường cho cầu có chi phí tương đối rẻ (rẻ so với việc xây dựng công trình cầu mới)

Biện pháp dự ứng lực ngoài được sử dụng như là 1 phương pháp để tăng cường

và nâng cấp kết cấu bê tông nhằm cải thiện khả năng khai thác của kết cấu bê tông hiện hữu Tương tự như kết cấu bê tông dự ứng lực, giải pháp dự ứng lực ngoài có thể

sử dụng để giảm hay chống lại việc hình thành vết nứt của bê tông Nó cũng có thể sử dụng để giảm hay làm thu hẹp bề rộng vết nứt hữu hiệu Tác dụng của việc này làm tăng khả năng của kết cấu chống lại hiện tượng gỉ cốt thép Biên độ ứng suất trong bê tông có thể giảm do tăng lực chịu mỏi của kết cấu Sự hiện diện của độ võng quá mức

trong các dầm bê tông có thể được loại bỏ hoàn toàn

Phương pháp gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài được áp dụng trong các trường hợp sau:

- Dùng để chủ động khép kín các vết nứt và nâng cấp các dầm cầu BTCT, BTCT DƯL

- Thay thế các bó cáp cũ đặt trong bê tông bằng các bó cáp DƯL căng ngoài

- Liên tục hóa các dầm giản đơn thành các nhịp liên tục 3 nhịp, 4 nhịp, 5 nhịp

- Các nhịp dầm BTCT thực hiện không có bản ngăn, có thể dùng DƯL căng ngoài căng theo chiều dọc để triệt tiêu các vết nứt và dùng cáp ngang để thực hiện các bản ngăn bổ sung

1.3.1.2 Nguyên tắc cấu tạo

*Giải pháp công nghệ:

Sơ đồ đường đi của cáp DƯL: đường đi của cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng hoặc gãy khúc

- Sơ đồ thẳng có ưu điểm lă đơn giản, dễ thi công vì không phải bố trí cấu tạo phức tạp ở điểm gêy khúc Mất mât ứng suất do ma sât trong câp rất nhỏ nhưng lại có

hiệu quả không cao vă lực chống cắt của kết cấu ít được cải thiện

1 2

1 - Dầm BTCT; 2 - Vấu neo câp DƯL ngoăi; 3 - Câp DƯL ngoăi

Hình 1.3: Gia cường bằng căng câp DƯL ngoăi theo sơ đồ thẳng

- Sơ đồ gêy khúc: tuyến câp gêy khúc đi theo sât biín độ mô men uốn hơn vă tăng cường được sức chống cắt của dầm Tuy nhiín tuyến câp dạng năy phải tạo ra câc chi tiết chuyển hướng, lăm tăng tĩnh tải vă việc thi công khó khăn hơn

1

2

3 4

Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DƯL ngoài bằng tuyến cáp gãy khúc

1 - Dầm chủ BTCT

2 - Vấu neo cáp DƯL ngoài

3 - Cáp DƯL ngoài

4 - Vấu chuyển hướng.

1 - Dầm BTCT; 2 - Vấu neo câp DƯL ngoăi; 3 - Câp DƯL ngoăi;

4 - Vấu chuyển hướng

Hình 1.4: Gia cường bằng căng câp DƯL ngoăi theo sơ đồ gêy khúc

Giải phâp bố trí neo câp DƯL ngoăi:

- Neo trực tiếp văo kết cấu: nếu có điều kiện, câp được neo trực tiếp văo câc ngăn hoặc dầm ngang ở đầu dầm vă câc bản ngăn trung gian Nếu bản ngăn không đủ sức chịu lực thì phải gia cường chúng Bản ngăn được khoan lỗ để luồn câp vă bố trí câc bản đệm thĩp hoặc bí tông cốt thĩp dưới neo

- Neo văo câc chi tiết cấu tạo đặt ngoăi kết cấu: nếu không có điều kiện neo trực tiếp văo kết cấu thì neo câp DƯL ngoăi văo câc bộ phận cấu tạo hình thănh bổ sung nằm ngoăi tiết diện bí tông của công trình cũ Những cấu tạo bổ sung như lă:

+ Dầm ngang BTCT đúc tại chổ hoặc lắp ghĩp đặt ở góc dầm

+ Bản ngăn bổ sung phục vụ riíng cho DƯL ngoăi

Dầm ngang, bản ngăn bổ sung phải được liín kết chặt với dầm chủ để truyền DƯL ngoăi qua neo văo tiết diện bí tông cũ Bí tông câc bộ phận cấu tạo năy thường

đổ tại chổ Chúng phải được ngăm chặt ở chu vi văo thănh của tiết diện bằng câch: Đục bí tông cầu cũ cho tới cốt thĩp cấu tạo, xử lý 2 bín của thănh kết cấu cũ Do kích thước nhỏ thường phải dùng DƯL để âp chặt văo bí tông cũ để chống cắt vă trượt Vấu neo gđy nhiều ứng suất tập trung cục bộ trong bí tông cũ Vì vậy để trânh câc ứng suất phụ, vấu neo thường được đặt ở trong vùng chịu nĩn, gần những chổ vút tiếp giâp thănh đứng vă bản ngang của kết cấu

Giải phâp bố trí chuyển hướng câp:

Trong trường hợp tuyến cáp DƯL ngoài đi theo hướng gãy khúc thì ở điểm gãy khúc cần bố trí điểm chuyển hướng Vị trí chuyển hướng đặt ở dầm ngang bản ngang sẵn có hoặc bổ sung để neo cáp sẽ tính tổng hợp cùng các lực khác do chúng phải chịu ứng suất với mục tiêu của chúng là vị trí neo và vị trí chuyển hướng có thể đặt riêng ở vấu chuyển hướng hoặc đặt chung ở vấu neo Trường hợp đặt chung thì lực phải tính

là tổng hợp các lực do neo và chuyển hướng cáp DƯL ngoài Tại các ụ chuyển hướng

có bố trí lỗ để luồn cáp trong đó đặt ống đỡ cứng bằng thép uốn theo góc xác định

*Các sơ đồ căng cáp DƯL ngoài thường dùng:

Hình 1.5: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng

Hình 1.6: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc

Hình 1.7: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc tại giữa nhịp

1.3.1.3 Ứng dụng

*Thế giới:

Hiện nay, dự ứng lực 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 Tuy nhiên, sau đó DƯL ngoài hầu như bị cấm sử dụng do thiếu phương pháp chống gỉ cho cáp cường độ cao và chi phí sửa chữa chúng rất lớn Sau khi DƯL ngoài được chấp nhận như một biện pháp để tăng cường cho những cầu BTCT DƯL vào những năm

1970 ở Pháp, các hệ thống chống gỉ cho cáp đã được phát triển đáng kể 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 Một l thuyết có

hệ thống về DƯL ngoài đã được phát triển vào năm 1983 và SETRA phát hành bản thảo đầu tiên về tiêu chuẩn thiết kế vào năm 1990

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

*Việt Nam:

Phương pháp này được áp dụng ở cầu Đa Phúc (Hà Nội) Trường hợp cầu Đoan Hùng (Phú Thọ) trước đây là cầu 5 nhịp giản đơn nay đã liên tục hóa thành cầu liên tục 5 nhịp 24m Cầu Tân An cũ cũng được thiết kế tăng cường bằng DƯL ngoài, trong

đó các nhịp BTCT DƯL 24,7m được nối 2, 3 nhịp thành 1 nhịp liên tục; ngoài ra còn

sử dụng DƯL ngoài để tăng cường cho cả nhịp thép

Cầu Sài Gòn được gia cường bằng hệ thống DƯL mới đặt ngoài bê tông theo chiều dọc và chiều ngang cầu Cáp DƯL ngoài gồm các dây 4T15 và 7T15, được bôi

mỡ và bọc trong ống HDPE bơm xi măng chạy dọc theo chiều dọc cầu để liên kết 4 nhịp, 5 nhịp dẫn giản đơn thành hệ dầm liên tục

Cầu Mỏ Cày nằm trên quốc lộ 60 tỉnh Bến Tre Mặt cắt ngang cầu hình chữ T, cầu gồm 9 dầm BTCT DƯL Cốt thép DƯL loại tao xoắn 7 sợi Þ12,7mm có độ tự

- Tăng cường khả năng chịu uốn của dầm BTCT hoặc bản bê tông cốt thép tại

vùng có mô men dương hoặc mô men âm

- Tăng cường khả năng chịu chống cắt của dầm bê tông cốt thép

1.3.2.2 Nguyên tắc cấu tạo

*Nguyên lý công nghệ:

Nội dung cơ bản của phương pháp là dán 1 hoặc 2 lớp các dải bản thép dày

5-10 mm lên bề mặt bê tông đã được chuẩn bị tốt để khôi phục khả năng chống nứt, khả năng chịu mô men hoặc lực cắt của các bộ phận kết cấu như dầm chủ, dầm ngang, bản mặt cầu

1 - Dầm bê tông; 2 - Chốt treo gông; 3 - Dây hoặc thanh treo

4 - Tăng đơ; 5 - Bản thép; 6 - Thành ngang của gông đỡ

Hình 1.8: Gia cường bằng bản thép dầm BTCT thường

*Vật liệu:

Keo dán bản thép là loại keo công nghiệp đã được chế tạo sẵn và được cung cấp

từ Công ty Sika với chất lượng đảm bảo Không sử dụng các loại keo tự pha chế

Bản thép bằng loại thép CT3 hoặc tương đương có kích thước tùy theo thiết kế

và phù hợp với kích thước bộ phận kết cấu BTCT cần được sửa chữa Có thể dán bản thép dọc theo đáy dầm để cải thiện khả năng chịu mô men và ngăn ngừa vết nứt ngang

Có thể dán các bản thép nghiêng trên bề mặt thẳng đứng của thành dầm để tăng cường cho các cốt thép xiên và cốt đai chịu lực cắt và ngăn ngừa các vết nứt xiên Cũng có

thể dán các bản thép nằm ngang theo hướng ngang cầu ở đáy bản để tăng khả năng chịu lực của bản mặt cầu

*Hệ thống gá đỡ và tạo lực ép:

Tùy điều kiện cụ thể và trọng lượng bản thép có thể chọn một trong các hệ thống

gá đỡ và tạo lực ép dán như sau:

- Sử dụng các bu lông neo (nên dùng cho bản thép dán ở đáy bản mặt cầu BTCT

và bản thép dán vào mặt bên của thành dầm)

- Sử dụng hệ thống quang treo bằng thép góc, thép tròn và tăng đơ, móc neo vào thành dầm (nên dùng cho bản thép dán ở đáy dầm chủ)

*Trình tự thi công:

- Vệ sinh bề mặt vị trí cần gia cường

- Pha trộn tỉ lệ keo theo hướng dẫn của nhà sản xuất

- Quét keo lên bề mặt vị trí cần gia cường

- Tăng khả năng chịu cắt và chịu uốn của dầm BTCT để sửa chữa, gia cố và tăng cường khả năng chịu tải trọng động

- Tăng cường khả năng chịu uốn của sàn BTCT tại vùng có mô men dương và

mô men âm

- Tăng khả năng chịu uốn và bó cột BTCT để tăng cường khả năng chịu lực và chịu tải động

1.3.3.2 Nguyên tắc cấu tạo

*Nguyên lý công nghệ:

Mục đích của công tác thi công sửa chữa gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm FRP là đặt tấm FRP vào vị trí cần tăng cường khả năng chịu lực với hướng sợi phù hợp với phương chịu lực để tận dụng được khả năng chịu kéo và độ bền của sợi FRP, đồng thời phải đảm bảo cho tấm FRP không bị tách lớp cũng như tách khỏi bề mặt bê tông

*Sơ lược về vật liệu FRP và lịch sử phát triển

FRP có tên tiếng Anh là Fiber Reinforced Polymer là một dạng vật liệu composite được chế tạo từ các vật liệu sợi, trong đó ba loại vật liệu sợi thường được sử dụng là sợi cacbon, sợi thủy tinh, sợi aramid Các sản phẩm FRP tương ứng với các loại sợi sử dụng tạo thành là: CFRP, GFRP, AFRP

Vật liệu FRP có các dạng như FRP dạng tấm, FRP dạng thanh, FRP dạng cáp, FRP dạng vải, dạng cuộn Trong sửa chữa và tăng cường kết cấu thường dùng dạng tấm và dạng vải Hiện nay trên thế giới có các hãng sản xuất vật liệu FRP như: Sika, Tyfo®, MBraceTB, Toray, Trung Quốc, Ấn Độ

Kết cấu BTCT là loại vật liệu có sự tiến hóa theo thời gian và rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường Cả bê tông lẫn thép, hai loại vật liệu cấu thành nên kết cấu BTCT, dưới tác động xâm thực mạnh của môi trường đều dễ bị suy thoái theo thời gian Cách đây vài thế kỷ người ta đã có ý tưởng sử dụng vật liệu composite trong xây dựng Ở các nước châu Âu và Bắc Mỹ như Canada, Mỹ đã nghiên cứu ra loại vật liệu mới nhằm tăng cường khả năng chịu lực cho công trình Sản phẩm composite đầu tiên được biết đến là FRP có cốt sợi thủy tinh và chất nền là polyester dùng để sản xuất vỏ thuyền vào năm 1930 Từ đó vật liệu FRP đã có một cuộc cách mạng toàn diện trên tất

cả các ngành như không gian vũ trụ, ngành điện, giao thông Năm 1940 Hải quân và Không quân Hoa Kỳ đã sử dụng vật liệu FRP vào trong công nghiệp quốc phòng Do

có cường độ cao và trọng lượng nhẹ nên những năm 60 của thế kỷ trước, các ngành hàng không và ngành sản xuât ô tô cũng đã sử dụng loại vật liệu này

*Cấu tạo của vật liệu Composite :

Cốt sợi :

Trong vật liệu FRP chức năng chính của cốt sợi là chịu tải trọng, cường độ, độ cứng, ổn định nhiệt Vì vậy, cốt sợi được sử dụng để sản xuất vật liệu FRP phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:

- Mô đun đàn hồi cao;

- Cường độ tới hạn cao;

- Sự khác biệt về cường độ giữa các sợi với nhau là không lớn;

- Cường độ ổn định cao trong vận chuyển;

- Đường kính và kích thước các sợi phải đồng nhất

Vật liệu FRP được sản xuất từ các vật liệu sợi trong đó có ba loại vật liệu thường

sử dụng là sợi cacbon, sợi thủy tinh và sợi aramid

Bảng 1.1: So sánh đặc trưng ba loại sợi theo Meier 1994

Cường độ chịu kéo

Mô đun đàn hồi

Rất tốt Tốt Tốt Tốt Đặc biệt tốt Tốt Trung bình

Rất tốt Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Không tốt Rất rẻ

Chất dẻo nền:

Trong vật liệu FRP chất dẻo nền có vai trò là chất kết dính Các chức năng chủ yếu của chất dẻo nền:

- 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 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 dẻo nền có chức năng truyền lực giữa các sợi, các cốt sợi chịu tải trọng, cường độ, độ cứng, ổn định nhiệt Chất dẻo nền dùng để sản xuất vật liệu FRP thường sử dụng là epoxy, viny lester, polyester

- Polyester: Chất dẻo nền polyester có tính kinh tế nhất và được sử dụng rộng rãi Trong những năm gần đây, gần nữa triệu tấn polyester được sử dụng mỗi năm ở Mỹ để sản xuất vật liệu composite Ưu điểm của polyester là tính nhớt thấp, giá thành thấp, và

ít độc Nhược điểm của polyester là độ co ngót lớn

- Viny lester: Có tính dẻo và độ bền cao hơn polyester Ưu điểm của viny lester

là có sức kháng ăn mòn tốt và cũng có tính chất hóa học và vật l tốt như cường độ chịu kéo và chịu mỏi cao Viny lester có giá thành cao

- Epoxy: Được sử dụng rộng rãi hơn polyester và viny lester Những ưu điểm chính của epoxy bao gồm:

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

 Sức kháng rất tốt với sự thay đổi hóa học;

 Dính bám với cốt sợi rất tốt

*Các đặc trưng cơ bản của vật liệu FRP:

Vật liệu FRP có cường độ và độ cứng phụ thuộc vào vật liệu hợp thành, đặc trưng vật liệu của FRP phụ thuộc vào đường kính sợi, hướng phân bố các sợi và các đặc trưng cơ học của chất dẻo nền

Hiện nay sợi cacbon và sợi thủy tinh với cấu trúc nền là epoxy được sử dụng rộng rãi Sợi cacbon và sợi thủy tinh cũng có nhược điểm riêng của từng loại 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: So sánh các đặc trưng cơ học của các loại sợi khác nhau với thép

Ứng suất chảy

Ksi (MPa)

40-75

Cường độ chịu kéo

Ksi (MPa)

70-100 (483-690)

70-230 (483-1600)

87-535 (600-3690)

250-368 (1720-2540)

Mô đun đàn hồi

x10 3 ksi (MPa)

29 (200)

5,1-7,4 (35-51)

15,9-84 (120-580)

6,0-18,2 (41-125)

*Trình tự thi công:

- Vệ sinh bề mặt vị trí cần gia cường

- Pha trộn tỉ lệ keo theo hướng dẫn của nhà sản xuất

- Quét keo lên bề mặt vị trí cần gia cường

Để gia cố hai cây cầu Grondal và Alvik (cầu bê tông dự ứng lực, mặt cắt hộp) ở Thụy Điển, tổng cộng 6000m tấm vật liệu composite sợi cacbon đã được sử dụng, trong đó 2000m được dùng cho cầu Grondal và 4000m được dùng cho cầu Alkin Tiến hành thử nghiệm trên 7 mẫu dầm bê tông cốt thép, hai tác giả Dat Duthinh và Monica Starnes đã đưa ra kết luận việc sử dụng tấm vật liệu CFRP để tăng cường khả năng

chịu uốn cho dầm bê tông cốt thép là rất có hiệu quả

*Việt Nam:

Đối với Việt Nam tại khu vực miền Trung chúng ta đã tiến hành thi công gia cường cầu Ô Sông ở Quảng Ngãi, kết quả công trình sau khi gia cường đã tăng cường khả năng chịu lực từ 20-40% Hiện nay chúng ta cũng đang áp dụng biện pháp gia cường bằng các tấm vật liệu composite sợi cacbon vào cầu Lắm tỉnh Khánh Hòa, cầu Thừa Lưu ở Huế, cầu Gián Khẩu ở Ninh Bình, trụ cầu Thuận Phước, tầng mái Khách Sạn Holiday ở Đà Nẵng và hàng loạt các dự án chuẩn bị áp dụng công nghệ dám tấm vật liệu composite nhằm khôi phục khả năng làm việc hoặc tăng cường khả năng chịu lực các công trình kể cả cũ lẫn mới

1.3.4 Gia cường bằng tăng cường tiết diện

1.3.4.1 Phạm vi áp dụng

Biện pháp gia cường bằng tăng cường tiết diện được áp dụng phổ biến ở các trường hợp như:

- Môi trường nước mặn, có nhiều chất ăn mòn

- Tăng chiều cao dầm không ảnh hưởng đến khoảng thông thuyền hay thông xe

1.3.4.2 Nguyên tắc cấu tạo

- Tăng cường tiết diện bê tông

- Tăng cường tiết diện cốt thép

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

1 – Vùng được tăng cường 2 – Cốt thép cũ 3 – Cốt thép thêm vào 4 – Mối hàn

Hình 1.9: Gia cường bằng tăng cường tiết diện

Nếu mức độ tăng cường khả năng chịu lực của dầm không nhiều lắm chỉ cần tăng

số lượng cốt thép chủ bằng cách hàn thêm 1 số cốt thép phụ vào những cốt thép chủ của dầm, rồi trát vữa xi măng hay bê tông phun Có thể hàn trực tiếp cốt thép mới vào cốt thép cũ hoặc đặt 1 miếng nêm vào giữa chúng (miếng nêm là đoạn thép tròn, đường kính 10mm - 30mm, dài 8mm - 20mm), các đoạn hàn cách nhau khoảng 100cm Như vậy chiều cao tiết diện được gia cường tăng lên 2cm - 8cm

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

*Vật liệu:

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 thích hợp Chiều dày tối thiểu khi dùng bê tông phun 30mm - 40mm và không dưới 60mm khi đổ thủ công

*Trình tự thi công:

- Vệ sinh vị trí cần gia cường tiết diện

- Lắp đặt cốt thép, ván khuôn, trang thiết bị thi công

- Đổ bê tông tăng cường tiết diện

- Bê tông đạt cường độ thì tháo dỡ ván khuôn, hoàn thiện đưa vào sử dụng

1.3.4.3 Ứng dụng

Với những ưu điểm trên, phương pháp gia cường bằng tăng cường tiết diện được

sử dụng ở một số công trình ở Việt Nam và trên thế giới

Hình 1.10: Gia cường bằng tăng cường tiết diện trong thực tế

1.4 Ƣu và nhƣợc điểm của các iện pháp nâng cấp công trình hiện nay

1.4.1 Phương pháp gia cường bằng căng cáp dự ứng lực ngoài

*Ưu điểm:

- Chi phí rẻ 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 :

- 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;

- Thi công đòi hỏi phải có sự cẩn thận chi tiết;

- Có một số cầu được thử tải cả trước và sau khi tăng cường, nếu có cùng sơ đồ, cùng tải trọng thử ứng suất cũng như độ võng do tải trọng sinh ra đo được chênh lệch không nhiều, chứng tỏ DƯL ngoài không làm tăng độ cứng chống uốn của dầm, khi muốn làm giảm độ võng thì không thể áp dụng phương pháp này

1.4.2 Phương pháp gia cường bằng gia cường bằng bản thép

*Ưu điểm:

- Giá thành rẻ, dễ thực hiện;

- Thời gian ngừng lưu thông phương tiện giao thông không lâu;

- Tiết kiệm được chi phí đầu tư công trình mới

*Nhược điểm:

- Bản thép chỉ tham gia chịu hoạt tải nên tăng được khả năng chịu lực không nhiều;

- Rất khó có giải pháp để bản thép dán thêm tham gia chịu tĩnh tải;

- Chỉ áp dụng cho cầu BTCT thường

1.4.3 Phương pháp gia cường bằng vật liệu composite

*Ưu điểm:

- Cường độ chịu kéo, mô đun đàn hồi rất cao và trọng lượng nhỏ;

- Khả năng chống mài mòn cao, có sức đề kháng tốt với các chất xâm thực;

- Thi công nhanh chóng, đơn giản;

- Không cần nhiều thiết bị máy móc và ít tốn nhân công;

- Giữ nguyên hình dạng kết cấu cũ không cần phải đập phá kết cấu;

- Thi công không cần sử dụng coffa;

- Công trình sau khi được sửa chữa và tăng cường có tính mỹ quan cao

*Nhược điểm:

- Giá thành tương đối cao

- Vấn đề phá hoại của liên kết keo dán và bị phá hoại bởi tia UV

- Tuy nhiên có thể khắc phục được:

Giá: giảm do sự cải tiến trong công nghệ sản xuất và nhu cầu sử dụng ngày càng tăng;

Xử l bề mặt bê tông, tính toán thiết kế và bố trí các dạng neo chống lại hiện tượng tách lớp khi dán;

Sơn lên bể mặt vật liệu FRP một lớp sơn đặc biệt chống lại sự phá hoại của tia

- Không yêu cầu đặc biệt về vật liệu;

- Có tính kinh tế, tốn ít vật liệu mà hiệu quả tăng cường vẫn cao

- Sự co ngót khác nhau giữa bê tông cũ và lớp bê tông mới;

- Phát sinh thêm tĩnh tải gây bất lợi cho công trình;

- Làm tăng kích thước tiết diện cấu kiện và thay đổi kiến trúc tổng thể của kết cấu sau khi gia cường

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

Công tác quản l , duy tu, sữa chữa công trình một số vấn đề mà ngành GTVT của các tỉnh, các Thành phố đảm nhiệm Tình trạng của các công trình cầu cũ đặc biệt

là các công trình cầu BTCT thường ngày càng xuống cấp, gây trở ngại lớn cho vận tải Đòi hỏi công tác duy tu, sửa chữa và gia cường cầu là hết sức cấp thiết Song công tác này cho đến nay vẫn còn rất nhiều khó khăn, bất cập là do:

- Tổ chức cơ cấu quản l các công trình cầu đã bị xuống cấp, đặc biệt là các công trình cầu yếu, hư hỏng chưa có tính thống nhất rõ ràng, Nhiều địa phương quản

l lỏng lẻo chòng chéo lên nhau, kiểm tra không thường xuyên, không đánh giá đúng mức độ hư hỏng các công trình cầu theo đúng thực trạng, phương pháp kiểm tra và kỹ thuật chuẩn đoán còn lạc hậu

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

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

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

và hiệu quả cao

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

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

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

- Khuyến khích nhiều nghiên cứu về các biện pháp gia cường bằng vật liệu mới

và đề xuất các giải pháp một cách hợp l có hiệu quả

Kết luận chương 1

- Trong chương 1 đã trình bày tổng quan về cầu bê tông cốt thép thường, cấu tạo cầu Thanh Nguyên, sợ lược về các biện pháp gia cường cầu cũ hiện nay và những vấn

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

- Qua kết quả kiểm tra khảo sát cầu Thanh Nguyên tại Km 8+050 trên HL16 Trà Vinh có tải trọng cho phép nhỏ hơn tải trọng cho phép của tuyến, nên việc lựa chọn biện pháp gia cường để đồng bộ hóa tải trọng là hết sức cần thiệt Vì vậy trong chương

2, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu biện pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật và các biện pháp nâng cấp cầu Thanh Nguyên

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phương pháp đánh giá trạng thái của cầu ằng thực nghiệm

Kiểm định cầu là toàn bộ các công tác điều tra, đo đạc tính toán, thử tải, phân tích mọi mặt nhằm đánh giá tình trạng kỹ thuật của cầu cũ

2.1.1 Các trường hợp cần đánh giá trạng thái của cầu

- Thử nghiệm khi nghiệm thu bàn giao các công trình mới xây dựng

- Thử nghiệm để đánh giá cấp tải trọng cầu cũ

- Thử nghiệm khi hoàn thành sửa chữa lớn các công trình cầu cũ

- Khi có yêu cầu cụ thể, quy trình này được vận dụng toàn bộ hay từng phần để:

+ Phục vụ sản xuất công trình được chế tạo hàng loạt

+ Phục vụ cho công tác nghiên cứu KHKT

+ Đánh giá chất lượng từng phần công trình đang xây dựng

* Đối với cầu mới xây dựng thì:

- Bắt buộc phải thử nghiệm khi công trình thuộc loại lớn, vĩnh cữu hay có kết cấu mới, đặc biệt

- Chỉ thử nghiệm các loại cầu vừa, nhỏ khác còn lại khi có nghi vấn về chất lượng

2.1.2 Các nội dung đo khác khi thử tải cầu

Để thực hiện nhiệm vụ cơ bản của việc thử nghiệm cầu là so sánh sự làm việc thực tế của công trình với những giả thiết đề ra trong tính toán nhằm đánh giá tổng thể trạng thái công trình và khả năng thông qua tải trọng, trong quá trình thử nghiệm, cần thu thập những thông số kỹ thuật cơ bản sau đây:

- Khi thử với tải trọng xếp tĩnh:

+ Độ võng, độ vồng của dầm, dàn

+ Độ lún của mố, trụ, gối

+ Chuyển vị ngang đầu trên mố, trụ, gối

+ Ứng suất lớn nhất ở các mặt cắt cần kiểm tra

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

+ Biến dạng đàn hồi và biến dạng dư

- Khi thử với tải trọng di động:

+ Biên độ và tần số dao động theo phương ngang (đối với cầu đường sắt) + Biến dạng đàn hồi và biến dạng dư

2.1.3 Công tác chuẩn bị thử tải

- Nghiên cứu, xem xét hồ sơ thiết kế và điều kiện thực hiện công tác thử tải

- Khảo sát tình trạng bộ phận chịu lực, mặt cầu, gối cầu và các bộ phận khác của cầu

- Thu thập và xem xét các số liệu thiết kế như độ võng công trình, nội lực và ứng suất trên một số thanh hoặc bộ phận kết cấu chủ yếu Đối với những công trình không có tài liệu thiết kế, phải tiến hành những tính toán cần thiết nhằm phục vụ cho việc phân tích các kết quả thử nghiệm và xử lý, phán đoán trong qúa trình thử nghiệm sau này

- Xem xét các tài liệu ghi chép trong quá trình giám sát thi công, những kết luận và biên bản nhận xét về chất lượng công trình (nhất là những bộ phận ẩn dấu), về những sự cố xảy ra trong qua trình thi công và những sai lệch so với yêu cầu của thiết kế và những chi tiết chế tạo ở nhà máy so với yêu cầu của thiết kế và những chỉ tiêu kỹ thuật cần có của vật liệu

- Thu nhập các số liệu đầu tiên của công trình như độ võng, độ tĩnh tải, độ sai lệch của gối tựa, độ nghiêng của trụ, móng, vị trí trung tâm của con lăn gối cáp (nếu là cầu treo) và các số liệu khác có liên quan đến việc phân tích, đánh giá chất lượng công trình sau này

- Xây dựng chi tiết đề cương thử nghiệm cầu Trình đề cương, thiết kế thử tải

để chủ đầu tư phê duyệt

- Việc lựa chọn dụng cụ, thiết bị thí nghiệm phải căn cứ vào yêu cầu nghiệm thu thập các số liệu kỹ thuật, vào điều kiện cụ thể của từng hiện trường, hình dạng của kết cấu cần đo và yêu cầu về mức độ chính xác cần đạt

- Việc thiết kế dàn giáo phục vụ việc lắp đặt thiết bị và đo đạc thử nghiệm phải tuân theo đúng những quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn lao động và phải được người trực tiếp phụ trách công tác thí nghiệm thông qua

- Việc chuẩn bị tải trọng thử cầu phải căn cứ vào điều kiện thực tế của hiện trường và trình tự xếp dỡ tải nếu trong đề cương, có thể sử dụng đầu máy kéo toa

xe, đoàn xe ôtô hay những tải trọng di động khác để thử tải

- Trong một số trường hợp (thử đến phá hoại, thử những bộ phận riêng của kết cấu, thử với tác dụng lực ngang v.v…) có thể tạo nên tải trong thử bằng kích, tời và các thiết bị khác Khi đó, cần có biện pháp cần xác định một cách chắc chắn trị số của tải trọng được truyền cho kết cấu (như sử dụng lực kế đã hiệu chuẩn, áp

kế đo biến dạng và ứng suất trong các bộ phận được truyền tải trọng v.v…)

-Trong kế hoạch thử nghiệm cầu, phải xác định rõ thời gian bắt đầu và kết thúc công việc, phải dự trù biện pháp đối phó khi thời tiết diễn biến không thuận

lợi (nắng, mưa, cơn giông v.v…) và phải có biện pháp bảo đảm an toàn lao động

và bảo đảm giao thông

2.2 Phân tích lựa chọn tải trọng cần nâng cấp

Việc lựa chọn tải trọng cần nâng cấp phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Tải trọng thực tế khai thác thực tế của cầu được tính toán sau khi kiểm định

- Quá trình nâng cấp tải trọng không gây nứt, gãy dầm

- Bê tông dầm đảm bảo khả năng chịu lực tương ứng với tải trọng đã được nâng cấp

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

2.3.1 Tính toán gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài

2.3.1.1 Tính toán gia cường sức kháng uốn

Hình 2.1: Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng căng cáp DƯL ngoài

Diện tích cáp DƯL cần tăng thêm:

.(0,85 ).0,9

u ps

pu

M A

Hình 2.2: Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng dán bản thép

Diện tích tấm thép cần thiết để gia cố:

0,85

b

bt t

2.3.3 Tính toán gia cường vật liệu composite





Tính toán số lớp FRP: nf =

f f

f

t w

, dầm phá hoại theo mô hình bê tông bị vỡ

, dầm phá hoại theo mô hình tấm FRP bị đứt

Ta giả định giá trị c= 0,15d để tính toán xác định mô hình phá hoại của dầm Giá trị chính xác sẽ được xác định ở các bước tính sau

Bước 3.1 Trường hợp thứ nhất: Khi dầm FRP bị phá hoại theo mô hình bê tông

- εbi Bởi vì khi này bê tông ở trạng thái biến dạng lớn nhất cho phép nên phần hình chữ nhật ứng suất chịu nén của bê tông có thể lấy theo ACI 318-85 (1999) tại mục 10.2.7.3

Khi này giá trị γ = 0,85 và β1 = 0,85 – 0,05

Ứng suất của cốt thép chịu kéo: fs = Esεs ≤ fy

Ứng suất của cốt thép chịu nén: fs = Esεs ≤ fy

f A f A f A

c

f f s s s s

1 '

' '

85,





(2.16) Sau khi xác định được giá trị c theo công thức trên ta cần kiểm tra lại điều kiện phá hoại của dầm theo mô hình phá hoại do bê tông vỡ hoặc phá hoại do tấm FRP bị đứt Nếu giá trị c tìm được theo công thức trên đảm bảo điều kiện mô hình phá hoại do

bê tông vỡ thì sẽ sử dụng c cho các bước tính sau Còn nếu không thoả mãn thì chuyển sang tính toán theo mô hình phá hoại do tấm FRP bị đứt

Bước 3.2 Trường hợp thú hai: Khi dầm FRP bị phá hoại theo mô hình tấm FRP bị đứt:

Quá trình tính toán trong trường hợp dầm phá hoại theo mô hình tấm FRP bị đứt (FRP rupture) tương tự như trường hợp trên Khi này biến dạng của FRP sẽ đạt giá trị

biến dạng lớn nhất cho phép Giá trị này được xác định theo loại vật liệu FRP và do nhà sản xuất cung cấp Dựa vào εf = εfu ta có:

Biến dạng của cốt thép chịu kéo: εs = (εfu+εbi) 

c d

Biến dạng của cốt thép chịu nén: εs = (εfu+εbi) 

d c

Ứng suất của cốt thép chịu nén và chịu kéo được xác định theo công thức (5.20)

và (5.21) Đối với bê tông khi này biến dạng chưa đạt đến giá trị cho phép lớn nhất nên phần ứng suất chịu nén của bê tông lấy theo Whitney (dùng trong ACI 318-85(1999)

là không thích hợp Khi này để xác định tổng lực nén của phần bê tông sẽ được xác định dựa theo công thức của Todeschini (1964) Khi này ta có:

) ) / ( 1 ( ) / (

) / ( tan ) / ( 4

2 ' '

' 1 '

c c c

c

c c c

) ) / ( 1 ( 90

,

0

' 1

2 '

c c

c c

c

c c

E

f'

' 1 , 71



 và giá trị tan-1 (c/ c') tính bằng radian

Dùng phương pháp cân bằng lực ta xác định chiều cao giả định c như sau:

c =

b f

f A f A f

A

c

f f s s s s

1 '

' '

Bước 4: Xác định khả năng chịu lực của dàm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP

Khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép gia cố bằng FRP được tính toán theo công thức sau:

1 ' '

d

c f

A f f 

(2.17)

Khả năng chịu lực của dầm là фMn phải lớn hơn mômen uốn tính toán Mu (có

hệ số)

Giá trị ф khi này được xác định như sau:

Khi

Khi

sy s sy sy

s

sy s

Hình 2.4: Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng mở rộng tiết diện

Cho trước chiều dày gia cường

Tính lượng cốt thép tăng cường từ 2 điều kiện cân bằng:

- Cân bằng về mô men uốn của tiết diện gia tăng tại vùng kéo với thép bổ sung:

0.85 (d ) 0.5

2( s y s)0.85 c

s y

- As: diện tích cốt thép chịu uốn của kết cấu dầm trước khi gia cường

- As': diện tích cốt thép cần thêm vào

- fy: cường độ chịu uốn của cốt thép

- ds: kc từ thớ bê tông chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép

- x: chiều dày vùng bê tông chịu nén

- a0: khoảng cách giữa 2 lớp cốt thép

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

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

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

2.4.2 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

2.4.3 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

2.4.4 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

2.4.5 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: