NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP LIÊN TỤC HÓA CẦU TÂN AN (KM1947+182) - LONG AN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

- Đối tượng: Công trình cầu Tân An; Nghiên cứu biện pháp liên tục hóa công trình cầu dầm thép có nhịp Đeo; - Phạm vi nghiên cứu: Nhịp chính cầu Tân An N7, N8, N9.. - Tính toán đồng bộ đư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học:

TS CAO VĂN LÂM

Phản biện 1:

PGS.TS Nguyễn Phú Lân Phản biện 2:

TS Nguyễn Văn Mỹ

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng Công trình Giao thông họp tại

Trường Đại học Bách khoa vào ngày 25 tháng 11 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Trường Đại học Bách Khoa Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Theo quyết định số 4697/QĐ-BGTVT ngày 12/12/2014 Bộ Giao thông Vận tải phê duyệt có tổng số 345 cầu nằm trên 72 tuyến Quốc lộ trải dài trên cả nước, từ kết quả rà soát, khảo sát hiện trường

và các số liệu khác thu thập được trong đó bao gồm 163 cầu có tiêu chuẩn kỹ thuật thấp và đang xuống cấp Trong số này có cầu Tân An nằm ở KM1947+182 Quốc lộ 1A, thuộc địa phận thành phố Tân An, tỉnh Long An Cầu bắc qua sông Vàm Cỏ Tây nằm trong phạm vi quản lý của Công ty 714, khu Quản lý đường bộ 7 Cầu gồm 13 nhịp

bố trí theo sơ đồ 6x24,54+ (48,7+60,5+48,7) +4x24,54 (m) Chiều dài toàn cầu là 409,13m

Nhịp chính vượt sông là nhịp N7, N8 và N9 với sơ đồ (48,7+Hiện nay phần kết cấu nhịp đã xuống cấp, đặc biệt là nhịp chính N8 không đủ khả năng chịu tải trọng vì đã xuống cấp nghiêm trọng Nên việc lựa chọn biện pháp nâng cấp cầu chính Tân An để bảo đảm đồng bộ tải trọng khai thác trên quốc lộ 1A là hết sức cần thiết

3 M ục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Mục tiêu: Nâng cấp cầu chính Tân An để đảm bảo đồng bộ tải trọng khai thác

- Đối tượng: Công trình cầu Tân An; Nghiên cứu biện pháp liên tục hóa công trình cầu dầm thép có nhịp Đeo;

- Phạm vi nghiên cứu: Nhịp chính cầu Tân An (N7, N8, N9) Thiết kế giải pháp để liên tục hóa cầu chính Tân An

- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học; việc lựa chọn biện pháp nâng cấp cầu chính Tân An để bảo đảm đồng bộ tải trọng khai thác trên quốc lộ 1A sẽ

giải quyết được các khó khăn trong thực tế nêu trên

3 Kết quả dự kiến

- Nghiên cứu được phương pháp thi công liên tục hóa cầu chính Tân An

- Tính toán đồng bộ được tải trọng cho Cầu Tân An trên quốc

lộ 1 đoạn qua thị xã Tân An, tỉnh Long An bằng phương pháp liên tục hóa cầu dầm đeo thành cầu dầm liên tục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CẦU TÂN AN (KM1947+182)

TỈNH LONG AN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG CÔNG TRÌNH CẦU TÂN AN

- Cầu Tân An ở KM1947+182 Quốc lộc 1A được xây dựng Cầu được xây dựng năm 1968 và thông xe đưa vào sử dụng năm

1972 tuổi thọ của cầu đã đạt 46 năm, hiện đã xuống cấp nhiều nhưng vẫn phải gồng mình gánh hàng ngàn lượt ô tô lưu thông mỗi ngày

- Cầu gồm 13 nhịp bố trí theo sơ đồ 6x24,54+ (48,7+60,5+48,7) +4x24,54 (m) Chiều dài toàn cầu là 409,13m;

- Nhịp chính vượt sông là nhịp N7, N8 và N9 với sơ đồ (48,7+60,5+48,7) (m), các nhịp này là nhịp dầm thép dạng dầm giản đơn mút thừa có nhịp đeo dài L=17m tại giữa nhịp N8 Các nhịp dẫn gồm 6 nhịp phía bờ TP Hồ Chí Minh và 4 nhịp phía bờ TP Tân An, các nhịp dẫn là dầm bê tông tiền áp định hình được sản xuất ở Thái Lan dài 24,54m;

- Với những lý do nêu trên, việc đầu tư xây dựng Sửa chữa, gia cường các cầu trên quốc lộ nói chung và cầu Tân An nói riêng để đảm bảo đồng bộ tải trọng khai thác trên các tuyến là thật sự cần

thiết và đã đủ điều kiện về chủ trương và nguồn vốn để triển khai

- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Nâng cấp cầu chính Tân An

để đảm bảo đồng bộ tải trọng khai thác

- Phạm vi nghiên cứu: Nhịp chính cầu Tân An (N7, N8, N9); Thiết kế giải pháp để liên tục hóa cầu chính Tân An

1.2 HIỆN TRẠNG CỦA CẦU TÂN AN

- Cầu gồm 13 nhịp bố trí theo sơ đồ 6x24,54+ (48,7+60,5+48,7) + 4x24,54 (m) Chiều dài toàn cầu là 409,13m; Nhịp chính vượt sông là nhịp N7, N8 và N9 với sơ đồ (48,7+60,5+48,7) (m), các nhịp này là nhịp dầm thép dạng dầm giản đơn mút thừa có nhịp đeo tại nhịp N8 Các nhịp dẫn gồm 6 nhịp phía

bờ thành phố Hồ Chí Minh và 4 nhịp phía bờ thành phố Tân An, các nhịp dẫn là dầm bê tông tiền áp định hình được sản xuất ở Thái Lan dài 24,54m;

T6

T9 nhIP CHINH cÇu HIÖN H÷U

Hình 1.1 Trắc dọc nhịp chính N7, N8 và N9 với sơ đồ

(48,7+60,5+48,7) (m)

- Hiện tại cầu đang được cắm biển hạn chế tải trọng nhiều loại

xe với nhiều biển báo tiêu biểu là 03 loại xe thân liền, sơ mi rơ mooc

mất an toàn giao thông cho người và phương tiện khi lưu thông qua cầu

hướng đến bảo vệ bềnh vững kết cấu công trình

- Trên cơ sở quy mô hiện trạng cầu cũ (bị hạn chế tải trọng), thực hiện sửa chữa, gia cường các bộ phận kết cấu của cầu và đường đầu cầu, đặc biệt là đồng bộ tải trọng liên tục hóa nhịp chính cầu, nhằm duy trì, nâng cao tải trọng khai thác của cầu

1.4 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC NÂNG CẤP LIÊN TỤC HÓA CÔNG TRÌNH CẦU TÂN AN

- Hiện nay, đây tuyến chính nằm trên Quốc lộ 1A là tuyến huyết mạch để lưu thông hàng hóa và hành khách từ Thành phố Hồ Chí Minh về miền Tây và ngược lại đặc biệt là các loại xe thân liền,

sơ mi rơ mooc và rơ mooc

- Trong những năm gần đây với vai trò là đô thị vệ tinh của thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Tân An đã hình thành nhiều khu

đô thị và khu công nghiệp, lưu lượng xe trên khu vực này khá lớn khoản 15.000 -:- 20.000 lượt/ngày đêm Loại tải trọng phần lớn là xe tải các loại, xe thân liền, sơ mi rơ mooc và rơ mooc, xe khách và xe buýt Đặt biệt các dịp Tết Nguyên đán, trên Quốc lộ 1A đoạn qua cầu Tân An, ngày cao điểm đã lên tới 50.000 lượt xe/ngày đêm Đây

là một trong 2 điểm đen trên Quốc lộ 1A thường xuyên xảy ra tai nạn giao thông Mặt khác, trên cầu Tân An còn có 2 chốt đèn giao thông cách nhau chưa đầy 1Km gây cản trở giao thông Cầu Tân An được thiết kế nhịp giữa là nhịp đeo dạng như dầm đơn giản bản mặt cầu bằng sắt hộp rỗng Trường hợp xe ùn tắc đoạn giữa cầu sẽ gây ra lực tập trung tại nhịp đeo tăng khả năng mất an toàn tại nhịp đeo

- Với những lý do nêu trên, việc đầu tư xây dựng Sửa chữa, gia cường và đặc biệt là liên tục hóa nhịp chính cầu Tân An để đảm bảo đồng bộ tải trọng khai thác trên tuyến là thật sự cần thiết và cấp bách

Hình 2.1 Sơ đồ làm việc hiện trạng cầu Tân An

Nhịp chính gồm hai nhịp cầu dầm thép giản đơn mút thừa liên kết gồm hai gối cố định tại trụ T7 và T8, hai gối di động tại T6 và T9; giữa nhịp T7-T8 có dầm đeo gối lên hai đầu mút thừa và được

bố trí một đầu cố định và một đầu di động như một dầm giản đơn gối trên hai đầu mút thừa

Mô hình sau khi liên tục hóa nhịp chính N7, N8, N9 cầu cũng gồm 3 nhịp liên tục theo Sơ Đồ (48,7+60,5+48,7) (M)

Sơ đố làm việc của nhịp chính cầu Tân An gồm 3 gối di động là T6; T8; T9 và một gối cố định T7 sơ đồ chịu lực là sơ đồ dầm liên tục 3 nhịp với nhịp chính là T7- T8

Để mô tả nhằm phục vụ cho quá trình tính toán tác giả sử dụng chương trình Midas Civil

2.1.1 Mô hình tính toán bằng Midas Civil

Mô hình tính toán nhịp chính cầu Tân An trước khi liên tục hóa:

Hình 2.3 Khai báo liên kết gối

Mô hình tính toán cầu Tân An sau khi liên tục hóa

Hình 2.4 Khai báo liên kết gối

- Khai báo các liên kết ngang, khai báo tải trọng DC; DW và

hoạt tải (chi tiết tại phụ lục 02 kèm theo)

2.1.2 Các phương án thi công phục vụ liên tục hóa cầu dầm đeo

- Số liệu về thủy văn, địa chất, địa hình

- Điều tra số liệu thủy văn và đo thực tế tại hiện trường + Chiều cao từ mặt đất tự nhiên tại trụ T7 đến mặt cầu là 16 m + Cao độ mực nước hiện trạng cách mặt cầu 7,5m

+ Mực nước hiện tại cách mặt đất tự nhiên taị trụ T7 là 8,5 m + Mực nước thấp nhất vào mùa khô tại trụ T8 là 3,5m

MNTNÐáy dâm

T7

MNTN

Hình 2.14 Số liệu thủy văn

- Phương án chung cẩu tháo dở dầm đeo; và cẩu lắp dầm thay thế:

+ Dự kiến sử dụng cẩu Kanglim KS 5206, 25 tấn 6 đốt có tải trọng 18 Tấn độ cao max 28,3m Dùng để tháo dở dầm đeo và cẩu lắp dầm thay thế

a Giai đoạn cẩu tháo dỡ dầm đeo

Biện pháp 1: Thi công bằng 02 xe cẩu Kanglim KS 5206, 18

tấn 6 đốt đứng trên cầu:

Dầ m đeo thá o dở

Đoạn dầ m đục bỏ

Cẩ u thá o dở dầ m đeo 1/2 Cầ u

Đoạn dầ m đục bỏ

Biện pháp 2: Thi cơng bằng 2 xe cẩu đứng trên phà dưới cầu

cẩu tháo dầm đeo và cẩu lắp dầm thay thế

Cẩ u đứ ng trê n phà

Vp

Hình 2.16 Bố trí thi cơng xe cẩu trên phà

- So sánh 2 biện pháp thi cơng dự kiến thì khi xe cẩu đứng trên cầu tải trọng tác dụng sẽ gây ra nội lực bất lợi hơn khi xe cẩu đứng dưới cầu Bên cạnh đĩ về kinh tế sẽ cĩ giá thành thấp hơn xe cẩu đứng dưới cầu và nếu xe cẩu đứng trên cầu sẽ rút ngắn các bước kiểm tốn trong quá trình thi cơng

- Dựa vào các cơ sở trên tác giả đề xuất chọn biện pháp thi cơng dùng xe cẩu đứng trên cầu thi cơng lần lượt 1/2 cầu, và đảm bảo thơng xe 1/2 cầu cịn lại

Hình 2.17 Sơ đồ tính thi công tháo dở dầm thay thế

b) Giai đoạn cẩu lắp dầm thay thế: Cẩu lắp dầm thay thế

bằng xe cẩu đứng trên cầu dầm thay thế tác dụng 1/2 tải trọng bản thân tại vị trí điểm nối

Caå u 18 t?n Daà m Thay theá

Neo caå u daà m

Hình 2.19 Sơ đồ tính ½ cầu khi cẩu lắp dầm thay thế

nhịp liên tục

Hình 2.20 Sơ đồ phân bố tải trọng khi hoàn thành liên tục hóa

2.2 PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG PHỤC VỤ THIẾT KẾ LIÊN TỤC KẾT CẤU NHỊP

2.2.1 Tháo dở dầm đeo bằng 02 xe cẩu đứng trên cầu

Dựa vào biện pháp thi công ½ cầu ta có sơ đồ chất tải

Bảng 2.1 Bảng tổ hợp tải trọng tính toán giai đoạn thi công tháo

2.2.2 Giai đoạn thi công cẩu lắp dầm thay thế:

Gỉa thuyết dự kiến mặt cắt dầm thay thế như hình vẽ

Bảng 2.2 Bảng tổ hợp tải trọng tính toán giai đoạn thi công lắp dầm

2.2.3 Giai đoạn thi công xong nhịp chính thành nhịp liên tục kiểm toán ở 2 trạng thái giới hạn

Hình 2.24 Sơ đồ phân bố tải trọng khi hoàn thành liên tục

Loại tải trọng Hệ số tải trọng

TTGHCĐ

Hệ số tải trọng TTGHSD Tải trọng bản

2.3.1 Tổ hợp tải trọng thiết kế dầm tăng cường

a Giai đoạn thi công

2.4 CỞ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LIÊN TỤC HÓA KẾT CẤU NHỊP

Cơ sở thứ nhất: Xét về các biên chịu kéo của dầm chủ: Hiện

trạng diễn biến chính nội lực của cầu Tân An là chịu mô men (-) taị trụ và giữa nhịp không xuất hiện mô men (+) Nếu chuyển qua dầm liên tục thì diễn biến chính nội lực của cầu cũng là mô men (-) tại gối

và xuất hiện thêm mô men (+) tại giữa nhịp; Về lý thuyết hai sơ đồ diễn biến nội lực ở 02 hệ kết cấu nhịp là có phần tương đồng nhau

Hình 2.27 Dạng phân bố mô men cầu dầm đeo hiện trạng

- Khi chuyển qua nhịp liên tục nội lực phân bố có dạng

Hình 2.28 Dạng phân bố mômen cầu dầm liên tục

Cơ sở thứ hai: Xét về chiều cao dầm chủ khi chuyển qua cầu

dầm liên tục; (h=L/23) thuộc nhịp cho phép h=(1/18 -:- 1/24)L nhịp

Cơ sở thứ 03: Xét về điều kiện để thi công liên tục hóa cầu

Tân An Theo 02 phương án thi công được tác giả đề xuất như trên ta

có dạng sơ đồ phân bố momen tương tự như hiện trạng của cầu

+ Dựa vào 3 cơ sở trên có thể khẳn định việc chuyển nhịp chính từ dầm đeo sang nhịp liên tục là hoàn toàn có cơ sở và khả thi

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ LIÊN TỤC HÓA NHỊP CHÍNH CẦU TÂN AN

3.1 PHÂN TÍCH NỘI LỰC CẦU CHÍNH TÂN AN

3.1.1 Giai đoạn thi công tháo dở dầm đeo

Trên cơ sở tổ hợp nội lực ở hai giai đoạn thi công ta chọn tổ hợp tải trọng lớn nhất dùng để kiểm toán ổn định trong quá trình thi công theo bảng tổng hợp sau:

Bảng 3.7 Bảng tổng hợp nội lực ở trạng thái giới hạn cường độ

Nội lực Vị trí Đơn vị

Nhịp N7 và N9 Đầu dầm

Chọn nội lực dầm giữa để tính toán

Độ võng lớn nhất tại đầu mút thừa với giá trị là 0,19m

3.1.2 Sa u khi liên tục hóa cầu bằng phương pháp nối cứng

a Nội lực tại các vị trí mặt cắt giữa nhịp N7; N9 và tại trụ T7; T8 với tiết diện dầm chủ không thay đổi (phụ lục 03)

Bảng 3.10 Tổng hợp nội lực ở trạng thái giới hạn cường độ

Nội lực dầm giữa gây bất lợi hơn ta lấy nội lực dầm giữa để tính toán

Độ võng lớn nhất tại giữa nhịp N8 với giá trị là 0,075m

b Tổng hợp nội lực tại các tiết diện trụ và giưã nhịp dùng để thiết kế dầm thay thế (phụ lục 04)

Bảng 3.13 Bảng tổng hợp nội lực tại các MC ở các giai đoạn liên

Bảng 3.14 Tổng hợp nội lực tại các MC ở các giai đoạn liên hợp của

T7, T8

Mômen Dầm giữa KN.m 0 9667,9 -12578,7

3.2 THIẾT KẾ DẦM TĂNG CƯỜNG THAY THẾ NHỊP ĐEO

Tác giả đề xuất thiết kế dầm tăng cường thay thế có chiều dài

L = 17+2,5*2 = 22 m được thiết kế với tiết diện liên hợp Kéo dài dầm thay thế mỗi bên 2,5 m so với dầm cũ

3.2.1 Tính Toán Ứng suất mặt cắt

Ứng suất mặt cắt được tính toán dưới tác dụng của tải trọng bản thân kết cấu DC1 áp dụng với mặt cắt dầm thép không liên hợp, tải trọng gờ lan can, lớp phủ mặt cầu và các phụ kiện khác (DC2+DW) áp dụng với mặt cắt dầm thép liên hợp với hệ số mođun 3n, Hoạt tải (LL+IM) áp dụng với mặt cắt dầm thép liên hợp với hệ số mođun n

c Kiểm tra các giới hạn kích thước của mặt cắt

Căn cứ việc nghiên cứu về kết cầu chịu uốn, các tỉ lệ cấu tạo mặt cắt dầm thép chữ I phải thỏa mãn các điều kiện sau đây trong tất

cả các giai đoạn thi công và trạng thái cuối cùng

d1 Điều kiện cấu tạo chung: Ta có mặt cắt ngang tiết diện

e1 Xác định mặt cắt đặc chắc hay không đặc chắc

e6 Mômen chảy

Vậy dầm đảm bảo điều kiện độ võng

Chi tiết dầm thay thế: Gồm hai loại đoạn dầm; 2 đoạn đầu dầm dài 7m đoạn giữa dầm dài 8m Vậy ta có 2 mối nối tại đầu dầm M1 và hai mối nối tại vị trí cách giữa nhịp 4 m về 2 phía M2

3.3 TÍNH TOÁN LIÊN KẾT GIỮA DẦM TĂNG CƯỜNG VỚI

SƠ ĐỒ CŨ

3.3.1 Tính toán mối nối bản biên dầm chủ

3.3.1.1 Xác định nội lực tại tiết diện mối nối cách trụ T7 và

1 800

Vậy ta có 2 mối nối tại đầu dầm M1 và hai mối nối tại vị trí cách giữa nhịp 4 m về 2 phía M2 Ta có tổng hợp nội lực tại đầu dầm và giữa nhịp như sau

Tổ hợp

tải trọng Tải trọng tác dụng Đầu dầm Mặt cắt ngang dầm Ls/2

Mômen (KN.m) Trạng thái GHCĐ 10352,60 11722,80

- Mối nối của bản biên trên dự định bố trí 6 hàng đinh:

- Mối nối của bản biên dưới dự định bố trí 6 hàng đinh d = 20mm

+ Chọn bản nối có tiết diện 510.18 mm và hai bản táp 220.18mm

Suy ra Nb = 14720.230.10-3 = 3385.6 KN

3.3.1.2 Tính toán sức kháng danh định của một đinh

a Tính toán sức kháng cắt của bulông

Rn = 0,48.Ab.Fub.Ns Suy ra Rn = 0,48.314.820.2 10-3 =247,18 KN(biên trên)

Rn = 0,48.314.820.2 10-3 =247,18 KN(biên d ưới) Trường hợp mà đường ren của bulông nằm trong mặt phẳng cắt:

Rn = 0,38.314.820.2.10-3 =195,68 KN(biên trên)

Rn = 0,38.314.820.2.10-3 =195,68 KN(biên d ưới)

b Sức kháng chịu ép mặt của bulông

R = 2,4.d.t.F

3.3.1.3 Tính toán mối nối vách dầm chủ

Chọn n =7 Đã đảm bảo để bố trí theo cấu tạo ta chọn n=18

Bố trí chung cho M1; M2

3.3.1.4 Tính toán các liên kết trong tiết diện dầm chủ

3.4 KIỂM TOÁN KẾT CẤU CẦU

a Kiểm tra lật quanh trụ T8

Mg >= 1,5Mlât => Đạt yêu cầu về chống lật

b Kiểm tra Sức kháng uốn dương - Trạng thái giới hạn cường độTại trụ T7,T8

(Chi tiết xem phụ lục 2 kèm theo)

c Sức kháng cắt - Trạng thái giới hạn cường độ

d Kiểm tra chuyển vị tại B so với chuyển vị cho phép

- Giới hạn độ võng của đầu dầm hẫng: Lnhịp/300 = 60,5/300 = 0,202m = 202mm (2.5.2.6.2)

3.4.1 Giai đoạn cẩu lắp dầm thay thế

Kiểm tra lật quanh trụ T8:

Vậy Mg >= 1,5Mlât => Đạt yêu cầu về chống lật

3.4.2 Giai đoạn đã liên tục hóa nhịp chính

Kiểm toán dầm chủ theo các TTGH như sau:

- Sức kháng uốn theo TTGH cường độ được quy định trong mục (A6.10.4)

- Sức kháng cắt theo TTGH cường độ được quy định trong mục (A6.10.7)

- Kiểm tra TTGH sử dụng đối với độ võng dài hạn được quy định trong mục (A6.10.5)

3.4.2.1 Kiểm toán tại các mặt cắt trên trụ và giữa các nhịp N7; N9 theo tiết diện không liên hợp

3.4.2.2 Sức kháng uốn của dầm (A6.10.4)

3.5 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

- Về momen taị mặt cắt tại vị trí trụ T7; T8 hoạt tải thiết kế là HL93 sau khi liên tục hóa mô men đã giảm xuống 28,4% và ứng suất cũng giảm 28,4% cụ thể như sau: