- Tổng quan công tác quản lý công trình giao thông và những hƣ hỏng phổ biến của các công trình cầu bê tông cốt thép trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa. - Nghiên cứu phƣơng pháp đánh giá tải trọng cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng - Trên cơ sở lý thuyết cơ học để dự đoán lực căng còn lại của dầm bê tông cốt thép dự ứng lực làm cơ sở dự đoán sức chịu tải của cầu. Tiến hành thí nghiệm đo chuyển vị của cầu dƣới tác dụng của 2 xe tải thí nghiệm, làm cơ sở quan trọng cho việc dự đoán lực căng còn lại của cáp dự ứng lực. - Kiểm toán lại dầm để kết cấu đảm bảo khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn cƣờng độ I và theo trạng thái giới hạn sử dụng.
Trang 1LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
Đà Nẵng - Năm 2019
Trang 2ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số: 85.80.205
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS CAO VĂN LÂM
Đà Nẵng - Năm 2019
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận văn
Trần Nhƣ Chinh
Trang 4TÓM TẮT LUẬN VĂN
ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP THÔNG QUA KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG VÀ ĐO CHUYỂN VỊ DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE
Học viên: Trần Như Chinh Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
công trình giao thông
Mã số: 60.58.02.05; Khóa:
K33.XGT.KH
Trường: Đại học Bách Khoa - ĐHĐN
- Tổng quan công tác quản lý công trình giao thông và những hư hỏng phổ biến của các công trình cầu bê tông cốt thép trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa
- Nghiên cứu phương pháp đánh giá tải trọng cầu theo hệ số sức kháng
CAPACITY ASSESSMENT TO DOWNLOAD THE STRUCTURE
OF CONCRETE STEEL BRIDGE THROUGH THE CURRENT
SITUATION AND MEASURE TRANSFER UNDER THE EFFICIENCY
OF LOADING VEHICLES
- Overview of traffic management and common damage of reinforced concrete bridge projects in Khanh Hoa province
- Studying the method of assessing the load of demand by the coefficient
of resistance and load factor
- Based on mechanical theory to predict the remaining tension of prestressed reinforced concrete beams as a basis to predict the load capacity of the bridge Conduct a test to measure the displacement of the bridge under the effect of two experimental trucks, as an important basis for predicting the remaining tension of the prestressed cable
- Re-audit beams to ensure structure bearing capacity according to the intensity limit state I and according to the state of limited use
Trang 5MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH KHÁNH HÒA 4
1.1 Tổng quan chung về các công trình giao thông và công tác quản lý công trình cầu ở Khánh Hòa 4
1.2.1 Hiện trạng các công trình cầu trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa 7
1.2.2 Những khó khăn, hạn chế trong công tác quản lý các công trình giao thông: 10
1.2 Tổng quan về các biện pháp đánh giá khả năng khai thác sử dụng công trình cầu BTCT trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa 12
1.3 Những khó khăn trong công tác đánh giá khả năng chịu tải của cầu 13
1.4 Mô tả hư hỏng hiện trạng cầu Giăng Dây: 14
1.5 Mô tả hiện trạng cầu Bãi Giếng 17
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 19
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CỦA CẦU BTCT, CẦU BTCT DƯL 20
2.1 Cơ sở đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu nhịp cầu dầm BTCT 20
2.1.1 Số liệu cần thiết để đánh giá công trình cầu: 20
2.1.2 Các phương pháp đánh giá tải trọng cầu: 20
2.1.3 Các bước đánh giá tải trọng theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng: 21
2.1.4 Công thức đánh giá tải trọng: 23
2.1.5 Hiệu ứng tải trọng 25
2.2 Cơ sở lý thuyết xác định lực căng còn lại trong dầm của cầu cũ BTCT DƯL 27
2.2.1 Xác định độ vồng do cáp dự ứng lực trong dầm gây ra: (Theo lý thuyết) 29
2.2.2 Xác định độ võng của cầu do tĩnh tải gây ra 29
2.2.3 Tính toán lực kéo còn lại thực tế trong cáp DƯL: (Trường hợp không có hoạt tải) 30
2.2.4 Xác định độ võng của cầu khi có hoạt tải gây ra: 30
2.2.5 Tính toán lực kéo còn lại thực tế trong cáp DƯL (Trường hợp có hoạt tải) 31
2.3 Xác định chuyển vị kết cấu nhịp của cầu do tải trọng xe: 31
2.3.1 Mục đích của việc thử tải đo chuyển vị kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép 31
2.3.1 Tổ chức xác định chuyển vị dầm chủ tại mặt cắt giữa nhịp cầu Giăng Dây: 32
2.3.2 Xác định chuyển vị dầm chủ tại mặt cắt giữa nhịp cầu Bãi Giếng 33
Trang 62.3.3 Kiểm tra cường độ bê tông dầm chủ b ng phương pháp kết hợp s ng bật n y và
siêu âm 38
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: 37
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU GIĂNG DÂY VÀ CẦU BÃI GIẾNG 38
3.1 Đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu nhịp cầu Giăng Dây 38
3.1.1 Thông số kỹ thuật của cầu Giăng Dây 38
3.1.2 Kích thước và đặc trưng hình học mặt cắt dầm chủ tại vị trí giữa nhịp: 38
3.1.3 Tính nội lực tại mặt cắt giữa nhịp cầu Giăng Dây: 39
3.1.4 Tính toán hệ số RF: 40
3.1.5 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm: 41
3.1.6 Kiểm toán chống nứt trong giai đoạn sử dụng 42
3.1.7 Kiểm toán độ võng của dầm do tác dụng của hoạt tải HL93 43
3.2 Xác định lực căng còn lại trong dầm cầu Bãi Giếng 44
3.2.1 Thông số kỹ thuật và đặc trưng hình học mặt cắt dầm chủ cầu Bãi Giếng: 44
3.2.2 Tổng hợp nội lực do tải trọng khai thác đối với cầu Bãi Giếng 45
3.2.3 Tính toán lực căng còn lại của cáp DƯL 47
3.2.3.1 Tính mất mát ứng suất của cáp DƯL 47
3.2.3.2 Độ vồng do cáp dự ứng lực theo lý thuyết 48
3.2.3.3 Độ võng do tĩnh tải 49
3.2.3.4 Tính toán lực căng còn lại thực tế trong cáp DƯL 49
3.2.3.5 Độ võng do hoạt tải gây ra: 49
3.2.3.6 Tính toán lực kéo còn lại thực tế trong cáp DƯL (Trường hợp có hoạt tải) 50
3.2.4 Kiểm toán cầu với các trạng thái giới hạn 50
3.2.4.1 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm tại vị trí giữa nhịp 50
3.2.4.2 Kiểm toán ứng suất của dầm 52
3.2.4.3 Kiểm toán độ võng của dầm 55
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
Trang 7AASHTO : American Association of State Highway and Transportation
Officials (Hiệp hội các viên chức giao thông và đường bộ Hoa Kỳ) TCVN: Tiêu chu n Việt Nam
TCN: Tiêu chu n ngành
TTGH CĐ: Trạng thái giới hạn cường độ
DC: Tĩnh tải giai đoạn 1
DW: Tĩnh tải giai đoạn 2
LL: Hoạt tải xe HL93
PL: Hoạt tải người đi bộ
Trang 8DANH MỤC HÌNH
Hình 1 1 Bản đồ quy hoạch giao thông tỉnh Khánh Hoà 5
Hình 1 2 Cảnh quan cầu Trần Phú 6
Hình 1 3 Cầu Trần Phú bắc qua sông Cái, 6
Hình 1 4 Cầu Bình Tân bắc qua sông Quán Trường 7
Hình 1 5 Tỷ lệ cầu yếu trên các tuyến giao thông tỉnh Khánh Hòa 8
Hình 1 6 Hư hỏng dầm cầu do bị bong tróc lớp bê tông 8
Hình 1 7 Hư hỏng đầu dầm 8
Hình 1 8 Hư hỏng gối cầu 9
Hình 1 9 Hư hỏng trụ cầu 9
Hình 1 10 Thân trụ bị nước biển ăn mòn 9
Hình 1 11 Công trình giao thông nông thôn hư hỏng do bão lũ trên tuyến ĐT652 11
Hình 1 12 Giao thông ùn ứ trên cầu Trần Phú vào những giờ cao điểm 12
Hình 1 13 Những khó khăn trong công tác đánh giá cầu cũ 13
Hình 1 14 Mặt cắt ngang cầu Giăng Dây 14
Hình 1 15 Cầu Giăng Dây 15
Hình 1 16 Dầm biên và lan can cầu Giăng Dây 16
Hình 1 17 Hiện trạng mố cầu Giăng Dây 16
Hình 1 18 Vị trí lý trình cầu Bãi Giếng 18
Hình 1 19 Hiện trạng mặt cầu Bãi Giếng 19
Hình 1 20 Khe co giãn cầu Bãi Giếng 19
Hình 2 1 Xe chu n thực tế loại 3 (a); loại 3S2 (b) và loại 3-3 (c) 22
Hình 2 2 Tải trọng trục của 3 loại xe chu n 3 (a), 3S2 (b) và 3-3 (c) 22
Hình 2 3 Các bước đánh giá tải trọng theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng: 23
Hình 2 4 Sơ đồ xếp xe theo phương dọc cầu 34
Hình 2 5 Sơ đồ xếp tải ngang đ ng tâm 34
Hình 2 6 Sơ đồ xếp tải lệch tâm 35
Hình 2 7 Kiểm tra cường độ bê tông b ng súng bật n y 35
Hình 2 8 Xếp xe thử tải tĩnh, sơ đồ lệch tâm 35
Hình 2 9 Xếp xe thử tải tĩnh, sơ đồ đ ng tâm 36
Hình 2 10 Đo độ võng dầm 36
Hình 2 11 Sơ đồ bố trí điểm đo độ võng 36
Trang 9DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2 1 Hệ số tình trạng kết cấu 24
Bảng 2 2 Hệ số hệ thống 24
Bảng 2 3 Hệ số sức kháng 25
Bảng 2 4 Hệ số tải trọng dùng trong đánh giá tải trọng 26
Bảng 2 5 Hệ số tải trọng của tải trọng hợp pháp 27
Bảng 2 6 Kết quả đo độ võng của dầm chủ cầu Giăng Dây 32
Bảng 2 7 Kết quả đo chuyển vị và hệ phân bố ngang cầu Bãi Giếng 37
Bảng 2 8 Kết quả kiểm tra chất lượng bê tông 38
Bảng 2 9 Kết quả kiểm tra cường độ bề mặt bê tông 39
Bảng 3 1 Đặc trưng hình học cầu Giăng Dây 38
Bảng 3 2 Nội lực do tĩnh tải tại mặt cắt giữa nhịp cầu Giăng Dây 39
Bảng 3 3 Nội lực do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp cầu Giăng Dây 39
Bảng 3 4 Đánh giá khả năng tải trọng cầu Giăng Dây 40
Bảng 3 5 Thông số tính cho mặt cắt giữa nhịp cầu Giăng Dây 41
Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật cầu Bãi Giếng 44
Bảng 3 7 Kích thước dầm chủ cầu Bãi Giếng 45
Bảng 3 8 Bố trí cáp DƯL cầu Bãi Giếng 45
Bảng 3 9 Nội lực do tĩnh tải đối với dầm trong cầu Bãi Giếng 45
Bảng 3 10 Nội lực do tĩnh tải đối với dầm ngoài cầu Bãi Giếng 46
Bảng 3 11 Tổng hợp nội lực do hoạt tải cầu Bãi Giếng 46
Bảng 3 12 Hệ số tải trọng và hệ số điều chỉnh tải trọng 46
Bảng 3 13 Tổ hợp nội lực ở TTGHCĐ I đối với dầm trong 46
Bảng 3 14 Tổ hợp nội lực ở TTGHCĐ I đối với dầm ngoài 47
Bảng 3 15 Tổ hợp nội lực ở TTGHSD đối với dầm trong 47
Bảng 3 16 Tổ hợp nội lực ở TTGHSD đối với dầm ngoài 47
Bảng 3 17 Tổng hợp mất mát ứng suất của cáp DƯL cầu Bãi Giếng 48
Bảng 3 18 Kiểm toán ứng suất dầm trong 53
Bảng 3 19 Kiểm toán ứng suất dầm ngoài 54
Trang 10MỞ ĐẦU
1 Tên đề tài:
Đánh giá năng lực chịu tải kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép thông qua khảo sát hiện trạng và đo chuyển vị dưới tác dụng của tải trọng xe
2 Tính cấp thiết của đề tài:
Trong những năm trở lại đây đời sống kinh tế xã hội tỉnh Khánh Hòa đã có những bước tiến phát triển, đời sống nhân dân được cải thiện và nâng cao Một trong những đóng góp cho sự thành công đó là việc phát triển hạ tầng giao thông đường bộ phát triển mở rộng, nhiều tuyến được mới được xây dựng, hệ thống đường xá cầu cống không ngừng phát triển từ đô thị đến nông thôn
Mạng lưới giao thông đường bộ hiện nay ngày càng mở rộng và phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội Trong đó tồn tại khá nhiều công trình cầu bê tông cốt thép, bê tông cốt (BTCT, BTCT DƯL) với trạng thái kỹ thuật của các công trình này đã và đang xuống cấp bởi nhiều nguyên nhân khác nhau Bên cạnh đó các công tác duy tu, sửa chữa trong quá trình khai thác, sử dụng vẫn còn nhiều vấn đề, chưa triệt để dẫn đến chưa đạt được hiệu quả cao Vì vậy cần có nhiều nghiên cứu, đánh giá đưa ra biện pháp quản lý tối ưu nh m đảm bảo hiệu quả kinh tế, kĩ thuật
Theo số liệu khảo sát đánh giá thì hầu hết các cầu được xây dựng theo định hình được đưa vào khai thác sử dụng trên 15 năm trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa đã xuất hiện những hư hỏng do tải trọng xe gây ra như dầm cầu bị nứt, bê tông bị hao mòn làm làm lộ cốt thép, dầm cầu bị võng mất ổn định, hư hỏng mặt cầu bêtông, gối cầu bị nứt bể…chẳng hạn như các cầu Bình Tân tại Km1+038 đường ĐT657I (đại lộ Nguyễn Tất Thành) , cầu Bãi Giếng tại Km1487+733 Quốc lộ 1, cầu Trần Phú, cầu Xóm Bóng, cầu
Hà Ra, cầu Cây Gạo tại Km1438+666 Quốc lộ 1, cầu Khánh Bình tại Km25+370 đường ĐT652H (Tỉnh lộ 8)…
Các biện pháp sửa chữa nâng cấp cầu cũ hiện nay phần lớn là dựa vào đánh giá hiện trạng hư hỏng bên ngoài rồi b ng kinh nghiệm là chủ yếu Do đó mà sau khi được nâng cấp sửa chữa cầu nhiều khi chưa đáp ứng được yêu cầu ban đầu đề ra về sức chịu tải của cầu hoặc các biện pháp thay mới không cần thiết gây lãng phí về kinh tế
Việc nâng cấp, cải tạo công trình cần phụ thuộc vào hiện trạng công trình rất nhiều, nhất là sức chịu tải của dầm kết cấu nhịp, nên tác giả đi sâu nghiên cứu việc này
để đáp ứng nhu cầu thực tế hiện nay
Vì vậy việc đánh giá năng lực chịu tải kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép thông qua khảo sát hiện trạng và đo chuyển vị dưới tác dụng của tải trọng xe là rất cần thiết
và có tính thực tiễn cao Thông qua việc tính toán và dự đoán được sức chịu tải của
Trang 11cầu sẽ gi p cho các đơn vị quản lý công trình khai thác sử dụng hợp lý b ng việc cắm biển tải trọng chính xác hơn gi p cho việc nâng cao tuổi thọ công trình hoặc nếu có sửa chữa thay mới các cấu kiện của cầu cũng sẽ chính xác đạt theo yêu cầu đề ra, đảm bảo kỹ thuật và kinh tế
3 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn:
- Đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu nhịp cầu dầm BTCT thường
- Đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu nhịp cầu dầm BTCT dự ứng lực
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đề tài tiến hành nghiên cứu tính toán lức căng thực tế của dầm cầu Đánh giá năng lực chịu tải của một số cầu trên hệ thống đường tỉnh và Quốc lộ trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa Đề xuất 2 cầu: 1 cầu BTCT và 1 cầu BTCT dự ứng lực
5 Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết Trong đó:
- Phương pháp thực nghiệm: do tác giả không có điều kiện tham gia khảo sát
đo đạc thực tế nên các số liệu được áp dụng để phục vụ xác định năng lực chịu tải thực
tế được lấy từ kết quả kiểm định gần nhất của các cầu được chọn làm đối tượng nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: xây dựng mô hình tính toán lý thuyết nh m đánh giá năng lực của kết cấu cầu đáp ứng nhu cầu kinh tế - kỹ thuật
6 Cấu trúc của luận văn:
Để đạt được mục tiêu nêu trên, luận văn trình bày trong 03 chương
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về hiện trạng cầu BTCT trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa Chương 2: Cơ sở lý thuyết đánh giá năng lực chịu tải kết cấu nhịp của cầu BTCT
Chương 3: Đánh giá năng lực chịu tải kết cấu nhịp của cầu Bãi Giếng và cầu Giăng Dây
Kết luận và kiến nghị
7 Tổng quan tài liệu nghiên cứu:
- Các tài liệu nghiên cứu được tìm trên thư viện và mạng Internet về chuyển vị của dầm cầu và lực căng còn lại của cáp DƯL
Trang 128 Ý nghĩa thực tế của đề tài
- Đề tài nghiên cứu thực trạng cầu Bãi Giếng và cầu Giăng Dây, đƣa ra các biện pháp khai thác sử dụng cầu hiệu quả, làm tăng tuổi thọ công trình
Trang 13CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH KHÁNH HÒA
1.1 Tổng quan chung về các công trình giao thông và công tác quản lý công trình cầu ở Khánh Hòa
Khánh Hòa là một trong những tỉnh có hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt, đường thủy và hàng không phát triển Về giao thông đường bộ, trên địa bàn tỉnh có nhiều tuyến đường giao thông huyết mạch, phải kể đến là quốc lộ 1A – trục giao thông chính ven bờ biển, nối liền các tỉnh phía Bắc với phía Nam Bên cạnh là quốc lộ 26 và Quốc lộ 27 kết nối, lưu thông đến khu vực Tây Nguyên và các tỉnh lân cận
Về giao thông đường sắt, Khánh Hòa có hệ thống giao thông đường sắt rất phát triển và lâu đời Thời Pháp thuộc đã lựa chọn Nha Trang là địa bàn bảo hộ và cho xây dựng nhiều tuyến đường sắt Đến tận ngày nay giao thông đường sắt vẫn được duy trì
và được nâng cấp, cải tạo Trên địa bàn tỉnh có 12 ga tàu lớn nhỏ khác nhau phân đố đồng đều tại các huyện thành phố, thị xã
Bên cạnh hệ thống giao thông đường sắt và đường bộ phát triển, Khánh Hòa còn có tiềm năng phát triển giao thông đường thủy Vịnh Nha Trang tương đối kín gió, nước sâu thích hợp cho việc xây dựng cảng lớn và neo đậu tàu thuyền có tải trọng lớn Hiện tại, Khánh Hòa có 5 cảng biển trong đó cảng Vân Phong và cảng Cam Ranh có quy mô lớn nhất
Về giao thông hàng không, sân bay quốc tế Cam Ranh đã được đầu tư và nâng cấp từ nhiều năm về trước Tính đến thời điểm hiện tại sân bay phục vụ hơn 8,5 triệu lượt khách trong năm 2018 và dự kiến trong năm 2019 đạt hơn 10 triệu lượt khách Nhiều hãng hàng không đã đặt đường bay tại đây với nhiều chuyến bay nội địa và quốc tế
Trong khoảng 25 năm trở lại đây nhiều công trình cầu đã được xây dựng mới và
mở rộng đáp ứng các tiêu chu n kỹ thuật hiện đại trên các tuyến Quốc lộ và Tỉnh lộ Như cầu Sông Khế, Cầu Sông Cầu trên Quốc lộ 27C, Cầu Lùng, cầu vượt đường sắt thị trấn Ninh Hòa, thị trấn Vạn Giã, cầu Rọ Tượng trên Quốc lộ 1, Cầu Sơn Bình trên đường Tỉnh lộ 9, cầu Phú Cốc trên đường Hương lộ 39… Kết nối giao thông giữa những vùng bị ngăn cách, góp phân th c đ y kinh tế xã hội những vùng này phát triển
Nổi bật có thể kể ra đây là cầu Trần Phú bắc qua sông Cái n m trên tuyến đường giao thông ven biển, kết nối giao thông từ Phía bắc vào trung tâm thành phố Nha Trang Từ khi được hoàn thành bàn giao đưa vào sử dụng cầu Trần Ph đã làm cho tuyến giao thông ven biển của thành phố Nha Trang được xuyên suốt và là con đường có nhiều cảnh quan đẹp, góp phần phát triển du lịch, th c đ y cho sự phát triển kinh tế, xã hội tỉnh Khánh Hòa
Trang 14Hình 1 1 Bản đồ quy hoạch giao thông tỉnh Khánh Hoà Nổi bật có thể kể ra đây là cầu Trần Phú bắc qua sông Cái n m trên tuyến đường giao thông ven biển, kết nối giao thông từ Phía bắc vào trung tâm thành phố Nha Trang Từ khi được hoàn thành bàn giao đưa vào sử dụng cầu Trần Ph đã làm cho tuyến giao thông ven biển của thành phố Nha Trang được xuyên suốt và là con đường có nhiều cảnh quan đẹp, góp phần phát triển du lịch, th c đ y cho sự phát triển kinh tế, xã hội tỉnh Khánh Hòa
Trang 16Hình 1 4 Cầu Bình Tân bắc qua sông Quán Trường, tại vị trí cửa ngõ Đông Nam TP Nha Trang
1.2 Hiện trạng các công trình cầu và những khó khăn trong công tác quản
lý các công trình cầu trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa
1.2.1 Hiện trạng các công trình cầu trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa
Hiện nay, trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa gồm có 102 cầu trên các tuyến Tỉnh lộ
và 72 cầu trên các tuyến Quốc lộ Các cầu xây dựng qua nhiều thời kỳ khác nhau Các cầu xây dựng từ 1975 - 1995 thường có tải trọng H13 khổ hẹp từ 4 - 6m Các cầu xây dựng từ 1995 đến nay có tải trọng lớn hơn và khổ lớn hơn Hệ thống cầu trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa có số lượng tương đối lớn nhưng phân bố không đồng đều, được xây dựng qua nhiều năm, kết cấu đơn giản, chủ yếu cầu bản BTCT và cầu dầm BTCT và dầm thép liên hợp với bản BTCT Qua quá trình khai thác sử dụng nhiều cầu đã hỏng, xuống cấp cần phải được cải tạo sửa chữa nâng cấp để đảm bảo an toàn công trình, an toàn giao thông vận tải Một số tuyến đường đã được thiết kế và thi công mới một số công trình cầu với quy mô tải trọng là HL93
Đối với các tuyến Tỉnh lộ thì 83 cầu đánh giá là yếu, trong quá trình khai thác phải cắm biển hạn chế tải trọng từ 8T-15T và 12 cầu đối với các tuyến Quốc lộ phải tiến hành gia cố, sửa chữa nâng cấp cầu
Trang 17Hình 1 5Tỷ lệ cầu yếu trên các tuyến giao thông tỉnh Khánh Hòa
Do điều kiện địa hình kinh tế, xã hội trên đường sắt và đường bộ nước ta có nhiều cầu với quy mô không lớn, có đặc tính kỹ thuật thấp, đã được xây dựng từ khá lâu, trải qua thời gian dài khai thác, chịu ảnh hưởng nhiều của thời tiết khắc nghiệt cũng như do chiến tranh nên đã bị hư hỏng xuống cấp
Nhiều cầu BTCT cũ đã xuất hiện nhiều vết nứt, bị phá hủy lớp bảo hộ, hư hại liên kết ngang Vì vậy thường xuyên không đảm bảo điều kiện an toàn cho vận tải
Hình 1 6 Hư hỏng dầm cầu do bị bong tróc lớp bê tông
Trang 18Hình 1 8 Hư hỏng gối cầu
Hình 1 9 Hư hỏng trụ cầu
Hình 1 10 Thân trụ bị nước biển ăn mòn
Việc quản lý và khai thác các công trình cầu trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa tương đối hệ thống, Sở Giao thông Vận tải ủy quyền cho Công ty CP Quản lý & Xây dựng giao thông Khánh Hòa đối với các tuyến Tỉnh lộ và Cục quản lý đường bộ III.3 ủy quyền cho Công ty CP Quản lý & Xây dựng đường bộ Khánh Hòa đối với các tuyến
Trang 19Quốc lộ
Việc kiểm tra công trình thông thường chỉ b ng phương pháp b ng mắt và trên
bề mặt cầu, chỉ khi qua các đợt mưa lớn mới kiểm tra các cấu kiện phía dưới cầu như dầm, mố, trụ…
Mục tiêu của công tác kiểm tra thường xuyên nh m duy tu công trình, phát hiện những bộ phận không bình thường để xử lý hoặc báo cáo cấp trên tìm cách xử lý Đây
là công việc phải làm thường xuyên
Thời hạn kiểm tra thường xuyên: trong 2 năm đầu cứ 3 tháng cần kiểm tra 1 lần Những năm tiếp theo, cứ 6 tháng cần kiểm tra 1 lần Trong kiểm tra thường xuyên, phải ghi nhận những khuyết tật ảnh hưởng đến mức độ khai thác của công trình với những dấu hiệu phát hiện được b ng mắt thường
1.2.2 Những khó khăn, hạn chế trong công tác quản lý các công trình giao thông:
Công tác bảo dưỡng thường xuyên chưa được quan tâm, nguồn kinh phí bảo dưỡng thường xuyên hầu như không có Hệ thống đường giao thông nông thôn tuy đã được UBND tỉnh phân cấp quản lý nhưng những năm qua, ngân sách UBND huyện, thị xã, thành phố phân bổ cho công tác quản lý, bảo dưỡng thường xuyên hầu như không có, chủ yếu bố trí khắc phục bão lụt và sửa chữa trước Tết Nguyên đán hàng năm
Hàng năm, UBND huyện, thị xã, thành phố đều chỉ đạo Phòng Kinh tế và Hạ tầng, Phòng Quản lý đô thị phối hợp với UBND xã, thị trấn tiến hành kiểm tra và lập
kế hoạch bảo dưỡng các công trình giao thông Nhưng thực tế, nguồn ngân sách bảo dưỡng trong những năm qua không được cấp, trong khi nguồn ngân sách cấp đầu tư xây dựng cơ bản còn hạn chế, nên việc bố trí kinh phí bảo dưỡng công trình chưa được đảm bảo Vì vậy, địa phương chưa thể chủ động trong việc thực hiện kế hoạch kiểm tra, bảo dưỡng thường xuyên các công trình giao thông nông thôn UBND huyện, thị
xã, thành phố hàng năm đều phải trích một phần ngân sách để sửa chữa các công trình cầu bị hư hỏng nặng nh m đảm bảo nhu cầu thiết yếu nhất của nhân dân; sửa chữa các cầu thép nh m kéo dài tuổi thọ công trình cầu
Đối với các tuyến đường phân cấp về xã quản lý, hàng năm xã đều lập kế hoạch sửa chữa và tự thực hiện đầu tư Tuy nhiên có nhiều xã do trong quá trình triển khai không bố trí được nguồn kinh phí nên cũng không thực hiện được Ngân sách tỉnh chỉ
hỗ trợ đột xuất cho những năm có lũ lụt lớn gây thiệt hại về hạ tầng giao thông nghiêm trọng trên địa bàn huyện, thị xã, thành phố
Việc sửa chữa khắc phục những hư hỏng nhỏ của cầu đường không kịp thời đã dẫn đến những hư hỏng lớn làm tăng kinh phí sửa chữa, ảnh hưởng đến an toàn giao
Trang 20thông và nhu cầu phục vụ sản xuất, đời sống của nhân dân Mặt khác, cũng do chưa có kinh phí cấp hàng năm cho công tác bảo dưỡng thường xuyên đường giao thông nông thôn nên các địa phương chưa thể chú trọng đến công tác này mà chỉ có thể tập trung vào đầu tư nâng cấp và xây dựng mới những tuyến đường bị hư hỏng nặng, có nhu cầu thiết yếu; những tuyến đường thực hiện theo quy hoạch Nhiều địa phương, việc bảo dưỡng thường xuyên được lồng ghép cho công tác sửa chữa khắc phục bão lũ, kiên cố hóa đường giao thông nông thôn
Mặt khác, nhu cầu vận chuyển và phương tiện vận chuyển (đặc biệt là phương tiện vận chuyển có tải trọng lớn) ngày càng tăng cao, thường xuyên hoạt động ảnh hưởng lớn đến kết cấu mặt đường Chưa kể đến các xe vận chuyển đất khai thác từ mỏ, vận chuyển mía lưu thông trên các tuyến đường đất chưa được cứng hóa, ngoài việc làm hư hỏng nhanh nền mặt đường, còn thường xuyên gây ô nhiễm môi trường sống cho những người dân trong khu vực
Trước nhu cầu bức xúc của nhân dân, các địa phương đã phải cố gắng tranh thủ các nguồn vốn khác nhau để sửa chữa các công trình n m trên các tuyến đường trục chính, có nhu cầu bức thiết nh m đảm bảo giao thông thông suốt, êm thuận
Hình 1 11 Công trình giao thông nông thôn hư hỏng do bão lũ trên tuyến ĐT652
Trong khi mạng lưới đường giao thông nông thôn trải ra trên phạm vi rộng, có những tuyến đường dài vòng qua nhiều địa bàn, có những tuyến đường len lỏi đi vào vùng sâu, vùng xa, vùng sản xuất canh tác phục vụ sản xuất nhưng hầu hết các huyện, thị xã, thành phố do hạn chế về ngân sách, nguồn vốn nên vẫn chưa tổ chức được đơn
vị chuyên trách công tác quản lý, bảo dưỡng thường xuyên đường giao thông nông thôn đã được phân cấp quản lý Cán bộ quản lý đường giao thông nông thôn ở cấp xã
Trang 21không có mà chỉ là cán bộ các lĩnh vực khác kiêm nhiệm, đa số chưa có trình độ
chuyên môn về cầu đường, vì vậy không đáp ứng được các yêu cầu của công tác quản
lý và công tác đầu tư xây dựng đường giao thông Công tác thống kê, cập nhật, báo
cáo kịp thời, đ ng biểu mẫu từ cơ sở là một trong những công tác quan trọng của việc
quản lý đường, mặc dù đã được hướng dẫn nhưng hiện nay vẫn chưa có được tính
đồng bộ và hệ thống
Hình 1 12 Giao thông ùn ứ trên cầu Trần Phú, cửa ngõ Phía Bắc vào trung tâm TP
Nha Trang vào những giờ cao điểm
1.2 Tổng quan về các biện pháp đánh giá khả năng khai thác sử dụng công
trình cầu BTCT trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa
Việc đánh giá khả năng chịu tải của các cầu hiện nay tại tỉnh Khánh Hoà phần
lớn chỉ dựa vào những đánh giá hư hỏng bên ngoài có thể quan sát được b ng mắt,
không dựa vào việc quan trắc và tính toán cụ thể Việc tiến hành kiểm tra phần nhiều
được thực hiện bởi những cán bộ hạn chế về năng lực chuyên môn và được thực hiện
sau khi các công trình đã xuất hiện những hư hỏng phát hiện hoặc chỉ khi xảy việc va
đập của xe lưu thông trên cầu hoặc trước mùa mưa bão
Ch n đoán và đánh giá sức chịu tải của công trình là xác định tình trạng kỹ
thuật công trình dựa trên số liệu thu thập được qua khảo sát, kiểm tra tính toán và thử
nghiệm trên công trình
Những yếu tố chính gây hư hỏng công trình cầu BTCT là chất lượng bêtông,
cốt thép, ảnh hưởng của môi trường, thời tiết và các tác động cơ học như tải trọng trục,
lưu lượng xe… Số liệu cần thu thập để đánh giá cầu BTCT số liệu về bê tông, cốt thép
Trang 22Hình 1 13 Những khó khăn trong công tác đánh giá cầu cũ
và kết cấu
Xác định mô hình thực trạng của cầu BTCT: Mô hình thực trạng của cầu BTCT
là mô hình tính toán có xét đến sự suy thoái của vật liệu và sự suy giảm khả năng làm việc của kết cấu được phát hiện b ng các phương pháp kiểm tra không phá hủy và thử tải hiện trường Mô hình thực trạng có thể được xác định dựa trên hồ sơ lưu trữ, tri thức về các loại cầu và lý thuyết nhận dạng hệ cơ học, về thực chất là nhận thức đ ng
mô hình thực của cầu dựa vào phản ứng của nó dưới một nhóm tác động nào đó
Việc kiểm định đánh giá cầu BTCT cũ trên tuyến Quốc lộ chỉ mới thực hiện trong thời gian gần đây, từ nguồn vốn kết dư từ dự án mở rộng Quốc lộ 1 do Bộ Giao thông vận tải làm Chủ đầu tư
Việc cắm biển giới hạn tải trọng đối với xe lưu thông qua cầu chỉ được thực hiện khi kết cấu cầu xuất hiện hư hỏng nh m đảm bảo an tòan cho người và các phương tiện
Hiện nay phổ biến là việc giới hạn tải trọng từ 8T – 10T đối với cầu cũ xuất hiện hư hỏng nặng và 15T đối với cầu cũ trên tuyến tỉnh lộ, Hương lộ
1.3 Những khó khăn trong công tác đánh giá khả năng chịu tải của cầu
Vì lý do kinh phí hạn hẹp nên việc kiểm tra, kiểm định thường xuyên và duy tu các công trình cầu không đảm bảo theo quy trình bảo dưỡng cầu Đối với các tuyến
Khó khăn đánh giá cầu cũ
Khó khăn về
nguồn vốn
Không có đơn vị
tư vấn chuyên về kiểm định cầu
Lưu trữ hồ sơ cầu cũ
Công tác quản
lý chưa chặt chẽ, khoa học
Sử dụng phương pháp,
kỹ thuật lạc hậu
Trang 23đường tỉnh lộ thì 10 năm gần đây không bố trí kinh phí khảo sát, kiểm tra kiểm định cầu cũ Còn đối với các câu trên tuyến Quốc lộ thì khi nào có nhu cầu sửa chữa nâng cấp mới tiến hành kiểm tra, đánh giá cầu cũ
Đa phần là cầu cũ được thi công từ những năm 90 trở về trước nên hồ sơ không được lưu trữ đầy đủ và liên tục Hồ sơ tài liệu chỉ được lưu trữ dưới dạng các thông tin mang tính tổng hợp chung chung, chi tiết bố trí cốt thép bên trong của cấu kiện thi không nắm được chính xác
Công tác quản lý còn chưa chặt, không rõ ràng, trách nhiệm các đơn vị chồng chéo nhau Việc kiểm tra không thường xuyên và thiếu tính hệ thống, phương pháp kiểm tra và kỹ thuật ch n đoán còn lạc hậu Vì vậy càng làm công trình xuống cấp trầm trọng gây trở ngại lớn cho vận tải (hạn chế tốc độ, hạn chế tải trọng)
Trên địa bàn tỉnh đơn vị tư vấn chuyên kiểm tra, kiểm định cầu chưa có Đối với các công tác kiểm định, đánh giá công trình cầu cũ hoặc thí nghiệm kiểm tra chất lượng công trình cầu Chủ đầu tư thường mời các đơn vị tư vấn ở TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, TP Hà Nội hoặc các Trung tâm kiểm định chất lượng
1.4 Mô tả hư hỏng hiện trạng cầu Giăng Dây:
1.4.1 Giới thiệu chung cầu Giăng Dây:
Cầu Giăng Dây chiều dài 11,3m n m tại Km1443+083, Quốc lộ 1, xã Vĩnh Lương, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa
Quy mô thiết kế cầu:
+ Chiều dài cầu: Ltc = 11,3m;
+ Sơ đồ nhịp: Ltt = 1x11,3m;
+ Khổ cầu: B = 0,5m + 11m + 0,5m = 12m
Hình 1 14 Mặt cắt ngang cầu Giăng Dây
Bª t«ng nhùa dµy 5 cm B¶n mÆt cÇu t¨ng c-êng dµy 6 - 17 cm
Trang 24 Kết cấu nhịp
- Cầu gồm một nhịp giản đơn chiều dài nhịp L=11,3m; mặt cắt ngang nhịp gồm
6 dầm chủ b ng BTCT, khoảng cách các tim dầm dọc @= 2,15m (đối với 4 dầm chủ),
@=2,25m (đối với 02 dầm mới), @=1,6m (khoảng cách tim dầm mới tới tim dầm cũ cạnh nhau)
- Lớp phủ mặt cầu b ng BTN dày 5cm
- Bản bê tông cốt thép tăng cường cho bản cánh dầm dày 6-17cm
- Khe co giãn cao su
- Lan can tay vịn b ng bê tông cốt thép Gờ chắn bánh b ng bê tông cốt thép B=500mm
- Đường 2 đầu cầu được thảm BTN
- Cầu gồm 2 mố nhẹ đặt trên hệ móng cọc b ng BTCT
Hình 1 15 Cầu Giăng Dây
Trang 25Hình 1 16 Dầm biên và lan can cầu Giăng Dây
Hình 1 17 Hiện trạng mố cầu Giăng Dây
1.4.2 Hiện trạng cầu Giăng Dây:
Dầm chủ xuất hiện nhiều vết nứt Các dầm chủ ở vị trí giữa nhịp xuất hiện các vết nứt ngang trục dầm có bề rộng >0.2mm ở đáy dầm kéo dài lên sườn dầm, đây là các vết nứt do mô men, ở đầu dầm chủ xuất hiện các vết nứt xiên do lực cắt Các vết nứt này là vết nứt tiền phá hoại gây ra bởi ứng suất chính rất nguy hiểm cho kết cấu
Bề mặt dầm không được b ng phẳng, chất lượng bê tông xấu, nhiều vị trí bị mất vữa xi măng trơ cốt liệu lớn, một số vị trí xuất hiện hiện tượng om và bong vỡ bê tông
Ở vị trí nách dầm chủ, và bản cánh dầm chủ xuất hiện nhiều vệt can xi để lại do
Trang 26nước trên mặt cầu ngấm xuống Bản cánh dầm xuất hiện nhiều vết nứt ngang và dọc cầu, để lại nhiều vệt can xi do nước ngấm xuống Một vài vị trí bản cánh dầm bị nứt dạng mai rùa, om vỡ mảng lớn chờ sập
Hệ dầm ngang có nhiều vết nứt theo phương đứng xuất hiện ở hầu hết các khoang dầm ngang, các vị trí liên kết giữa đỉnh dầm ngang và bản mặt cầu xuất hiện nhiều vết nứt và có nhiều vệt can xi để lại do nước ngấm xuống
Đường đầu cầu hai bên mới được thảm lại b ng bê tông nhựa tương đối b ng phẳng, không bị bong tróc và đảm bảo êm thuận cho cho xe chạy
Lớp phủ mặt cầu b ng BTN sau một thời gian dài khai thác đã bị mài mòn trơ cốt liệu lớn, bong bật BTN tạo ổ gà tại một vài vị trí, đồng thời xuất hiện nhiều vết nứt
bê tông nhựa theo phương dọc và ngang cầu
Khe co giãn trên mố là khe cao su cốt bản thép đã bị hư hỏng nặng Các nắp cao
su bị mất, một số mô đun thép và cao su bị bong bật, các bản thép bị biến dạng, các bulông mất nắp cao su Khe co giãn hư hỏng tạo các ổ gà lớn gây lực xung kích tác dụng vào dầm chủ và mất êm thuận khi phương tiện qua cầu
Khe hư hỏng không đảm bảo kín nước, nước và rác thải chảy từ trên cầu xuống, theo thời gian sẽ gây hư hỏng bê tông đầu dầm, gối cầu, và bê tông mố cầu
Chỉ có dầm mới (dầm 5, dầm 6) được kê trên gối Gối cầu là gối cao su, cốt bản thép, hiện trạng vẫn còn tốt
Các dầm cũ được tạo khấc ở đầu dầm và kê trực tiếp lên xà mũ mố
Hiện trạng kết cấu phần dưới
Hai mố cầu không bị lún hay nghiêng lệch, kết cấu mố vẫn làm việc bình thường, mố M1 xuất hiện nhiều vị trí bong tróc, lộ cốt thép lớn
1.5 Mô tả hiện trạng cầu Bãi Giếng
1.5.1 Giới thiệu chung cầu Bãi Giếng:
Cầu Bãi Giếng vị trí tại Km1487+733 trên tuyến Quốc lộ 1 , thuộc địa phận xã
Trang 27Cam Hải Tây, Huyện Cam Lâm, tỉnh Khánh Hoà Cầu Bãi Giếng được xây dựng từ trước năm 1975; chiều dài toàn cầu là L = 17,00m, bề rộng toàn cầu B = 12m, bao gồm làn xe cơ giới (2×3,75m), làn xe thô sơ (2×2m) và gờ lan can (2×0,25)
Sơ đồ kết cấu nhịp bao gồm 1 nhịp giản đơn Ln = 12,5 (m); Mặt cắt ngang kết cấu nhịp gồm 10 dầm T dạng bụng cá b ng BTCT DƯL (dầm trong), khoảng cách giữa các dầm là 0,95m; 2 dầm biên dạng T b ng BTCT thường
Toàn cầu có 3 dầm ngang b ng BTCT thường, 2 dầm ngang đầu nhịp và một dầm ngang giữa nhịp được tăng cường cáp DƯL ngoài;
Mố cầu b ng BTCT, tường cánh dạng xiên;
Năm 2012 cầu được sửa chữa lớn, các hạng mục sửa chữa bao gồm:
Sửa chữa các vết nứt dầm b ng keo sikadour 752, tăng cường sức chịu tải dầm dọc b ng cách dán sợi carbon SCH41 vào đáy dầm và thân dầm
Sửa chữa hư hỏng mối nối cánh dầm
Thay mới lớp BTCT tăng cường và thảm lại lớp BTN mặt cầu;
Cầu hiện đang được cắm biển tải trọng khai thác 25T
Hình 1 18 Vị trí lý trình cầu Bãi Giếng
1.5.2 Kiểm tra hiện trạng kết cấu thượng tầng, kết cấu nhịp và các chi tiết khác
Lớp bê tông nhựa mặt cầu ở trong tình trạng bình thường, đoạn giao giữa cầu và đường có vết nứt
Trang 28Khe biến dạng bản thép, có xuất hiện vết nứt
Lan can vẫn ở trong tình trạng bình thường, có xuất hiện vết nứt tại vị trí cột
Hệ thống thoát nước của cầu ở trong tình trạng bình thường
Hệ thống dầm bê tông được tăng cường dán sợi cacbon đáy dầm, bản cánh dầm xuất hiện các vết nứt dài nhưng đã được trám, sửa chữa
Mố cầu b ng BTCT, phần thân mố và xà mũ mố không phát hiện hư hỏng, vẫn
ở trong trạng thái sử dụng bình thường
Hình 1 19 Hiện trạng mặt cầu Bãi Giếng
Hình 1 20 Khe co giãn cầu Bãi Giếng
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Luận văn đã tổng quan về hiện trạng công tác quản lý các công trình cầu BTCT, BTCT DƯL cũng như những khó khăn trong công tác kiểm tra đánh giá cầu cũ trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa và vấn đề cần thiết phải nâng cấp cầu để đáp ứng tải trọng khai thác Trên cơ sở đó đề xuất chọn 02 cầu BTCT để tiến hành thực nghiệm và đánh giá năng lực chịu tải thực tế của cầu
Trang 29CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CỦA CẦU BTCT, CẦU BTCT DƯL
2.1 Cơ sở đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu nhịp cầu dầm BTCT
2.1.1 Số liệu cần thiết để đánh giá công trình cầu:
- Hiện trạng cầu thông qua kết quả kiểm tra, khảo sát, đo đạc kích thước các bộ phận cầu để xác định được các đặc trưng hình học như diện tích thực, diện tích nguyên, mô men quán tính thực, nguyên,
- Khoan lấy mẫu hoặc thực hiện các thí nghiệm không phá hủy để xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu Ở nhiều nước nếu biết năm xây dựng cầu có thể tra bảng
để tìm ra các đặc trưng cơ học của vật liệu chẳng hạn Fy của thép, f’c của bê tông
- Thu thập số liệu thông qua việc thu thập hồ sơ như:
+ Hồ sơ thiết kế
+ Hồ sơ hoàn công
+ Hồ sơ thiết kế sửa chữa,
- Điều tra tình hình khai thác, xác định lưu lượng xe qua cầu
- Thí nghiệm tải trọng có thể được dùng như là một phương pháp thay thế để đánh giá trực tiếp khả năng chịu tải của cầu khi các phương pháp phân tích để đánh giá
là không thể áp dụng (do thiếu số liệu tin cậy như cốt thép có trong bê tông, lực kéo các bó cáp dự ứng lực, hoặc có những hư hỏng bên trong khó xác định chính xác) hoặc cần thiết để kiểm chứng các tính toán
- Các bộ phận của kết cấu phần dưới không cần định kỳ kiểm tra khả năng chịu tải Kết cấu phần dưới phải kiểm tra khi có lý do để tin là khả năng chịu lực của chúng
có thể khống chế năng lực chịu tải của cầu Khi cần kiểm tra phải kiểm tra với mọi tải trọng thường xuyên và các tải trọng do hãm phanh do ly tâm nhưng bỏ qua các tải trọng tức thời như gió, nhiệt độ
- Phải đặc biệt ch ý đến các bộ phận có dấu hiệu nguy hiểm hoặc mất ổn định,
ở đó sự phá hoại của nó gây nên sụp đổ cầu
2.1.2 Các phương pháp đánh giá tải trọng cầu:
- Có 3 phương pháp dùng để đánh giá tải trọng:
+ Đánh giá theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFR) trên cầu đường bộ Lần đầu tiên có trong sổ tay SHTO năm 2003 và được ban hành vào các năm sau chẳng hạn 2011, mới đây nhất là 2013 Đánh giá theo phương pháp này phù hợp với tiêu chu n 22TCN 272-05
Trang 30+ Đánh giá theo ứng suất cho phép (ASR) - sổ tay AASHTO 1994
+ Đánh giá theo hệ số tải trọng (LFR) - sổ tay AASHTO 1994
- Về nguyên tắc không ưu tiên cho phương pháp đánh giá nào nghĩa là bất kỳ phương pháp nào cũng có thể dùng để đánh giá tải trọng khai thác của cầu Ở Việt Nam để phù hợp với 22TCN 272-05 nên dùng phương pháp đánh giá theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFR)
- Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng bao gồm ba nội dung: + Đánh giá tải trọng thiết kế
+ Đánh giá tải trọng hợp pháp
+ Đánh giá tải trọng cấp phép
Trong phạm vi đề tài chỉ chú trọng đến hai cấp đánh giá tải trọng là đánh giá tải trọng thiết kế và đánh giá tải trọng hợp pháp để đánh giá tải trọng cầu phục vụ cắm biển hạn chế tải trọng cầu theo QCVN41:2016/BGTVT Khi cần đánh giá tải trọng cấp phép thì thực hiện theo Hướng dẫn đánh giá cầu AASHTO 2014
- Ở đây chỉ xét đánh giá cho tải trọng thường xuyên và tải trọng xe chạy Động đất, va xô tàu thuyền, gió, lũ, hỏa hoạn không xét Việc đánh giá các cầu nhịp lớn, các cầu di động và các cầu phức tạp khi đánh giá cần bổ sung thêm các tiêu chí đánh giá nếu cần
2.1.3 Các bước đánh giá tải trọng theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng:
- Có 3 quy trình đánh giá tải trọng phù hợp với đánh giá theo hệ số tải trọng và
hệ số sức kháng:
+ Đánh giá tải trọng thiết kế (đánh giá cấp thứ nhất)
+ Đánh giá tải trọng hợp pháp (đánh giá cấp thứ hai)
+ Đánh giá tải trọng cấp phép (đánh giá cấp thứ ba)
- Mỗi quy trình có một tải trọng cụ thể với các hệ số tải trọng được hiệu chỉnh đặc biệt nh m đảm bảo mức độ tin cậy như nhau và có thể chấp nhận được trong mọi đánh giá
- Với một tải trọng cụ thể đánh giá tải trọng biểu thị qua hệ số đánh giá (RF)
- Trình tự đánh giá:
+ Đánh giá theo tải trọng thiết kế HL93:
Khi đánh giá theo tải trọng thiết kế được thể hiện qua hệ số đánh giá RF ≥ 1, tức là cầu khai thác được với HL93 thì không cần đánh giá tải trọng hợp pháp vì cầu
đã khai thác được với HL93 sẽ khai thác được với tải trọng hợp pháp Cầu không cần
Trang 31cắm biển hạn chế tải trọng, cho phép tính toán đánh giá với tải trọng cấp phép khi cần thiết Nếu RF < 1 chuyển sang bước 2
+ Đánh giá theo tải trọng hợp pháp:
Tải trọng hợp pháp là các xe 3, 3-S2 và 3-3, cụ thể như sau:
- Xe 3 có ba trục, chiều dài cơ sở 5,7m, tải trọng 223kN;
- Xe 3-S2 có 5 trục, chiều dài cơ sở 12,5m, tải trọng 321kN;
- Xe 3-3 có 6 trục, chiều dài cơ sở 16,5m, tải trọng 356kN
Hình 2 1 Xe chu n thực tế loại 3 (a); loại 3S2 (b) và loại 3-3 (c)
Hình 2 2 Tải trọng trục của 3 loại xe chuẩn 3 (a), 3S2 (b) và 3-3 (c)
Trang 32Chỉ đánh giá tải trọng hợp pháp khi đánh giá HL93 có hệ số đánh giá RF < 1
ở cấp độ OR Nếu đánh giá theo tải trọng hợp pháp có RF ≥ 1 cũng không cần cắm biển hạn chế tải trọng và cho phép đánh giá tải trọng cấp phép vì chỉ có cầu đạt đánh giá tải trọng hợp pháp mới cho phép vượt tải Nếu đánh giá theo tải trọng hợp pháp có 0,3 ≤ RF < 1 thì phải tính toán cắm biển hạn chế tải trọng Nếu đánh giá theo tải trọng hợp pháp có RF < 0,3 thì phải dừng khai thác cầu
+ Đánh giá theo tải trọng cấp phép:
Công việc này chỉ được thực hiện khi đánh giá theo HL93 có RF ≥1 hoặc đánh giá theo tải trọng hợp pháp có RF ≥ 1
- Mọi cầu đã cắm biển hạn chế tải trọng không đánh giá tải trọng cấp phép
- Trình tự đánh giá được thể hiện trên sơ đồ sau:
Hình 2 3 Các bước đánh giá tải trọng theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng:
2.1.4 Công thức đánh giá tải trọng:
Trang 33+ DL: Hiệu ứng của tĩnh tải;
+ LL: Hiệu ứng của hoạt tải;
+ C – DL: Khả năng chịu hoạt tải của bộ phận đánh giá
- RF ≥1 bộ phận đánh giá chịu đựng được hoạt tải kiểm toán; RF < 1bộ phận đánh giá không làm việc được dưới tác dụng của tải trọng kiểm toán
- Xác định khả năng chịu lực C:
+ Trong trạng thái giới hạn cường độ:
với
+ Trong trạng thái giới hạn sử dụng:
+ : Hệ số tình trạng kết cấu lấy theo Bảng 2.1
+ Hệ số hệ thống : hệ số này phản ánh tính dư của kết cấu, các kết cấu không
có tính dư yêu cầu phải có mức độ an toàn cao hơn Mục đích của hệ số là thêm khả năng dự trữ để độ tin cậy tăng từ xấp xỉ cấp độ OR (cho hệ thống có tính đủ) lên mức độ IR (cho hệ thống có tính dư) Có thể lấy hệ số theo Bảng 2.2
Bảng 2 2 Hệ số hệ thống
Loại kết cầu phần trên
Các cấu kiện hàn trong cầu vòm, dàn hai dầm chủ 0,85 Các cấu kiện đinh tán trong cầu vòm, dàn hai dầm chủ 0,90 Cấu kiện có nhiều tai treo trong cầu dàn 0,90 Cầu có 3 dầm chủ với khoảng cách dầm 1,83m 0,85
Trang 34Cầu có 4 dầm chủ với khoảng cách dầm ≤ 1,22m 0,95
Các dầm ngang với k/cách > 3,66m và các dầm dọc không liên tục 0,85
Các hệ thống dầm dọc phụ có tính dư giữa các dầm ngang 1,00
Ghi chú:
Nếu chứng minh được hệ thống kết cấu đánh giá có tính dư thì có thể lấy =
1 Trong một số trường hợp mức độ dư có thể cho phéo lớn hơn 1 nhưng không lớn hơn 1,20
Có thể xem hệ 3 dầm chủ bất kể khoảng cách dầm bao nhiêu là không có tính
dư Trong trường hợp này có thể lấy = 0,85 cho mối nối hàn; = 0,90 cho mối nối đinh tán
Với các cầu hẹp 3 hoặc 4 dầm chủ khoảng cách gần nhau, các dầm gần như chịu tải b ng nhau và không có cường độ dự trữ khi đó có thể lấy = 0,85
Khi xác định với dầm hộp (1 hoặc lớn hơn) mỗi vách dầm (sườn dầm) có thể xem như một dầm I
Các hệ nói chung không thích hợp với lực cắt phá hoại giòn, ở đây có thể
Kết cấu BT chịu cắt 0,9 + R: Sức kháng tiêu chu n của kết cấu lấy theo thiết kế
+ : Ứng suất cho phép
2.1.5 Hiệu ứng tải trọng
Nói chung chỉ các tải trọng thường xuyên và hoạt tải được xem xét khi đánh giá tải trọng Các tải trọng môi trường như gió, nhiệt độ, dòng chảy, động đất thường không được xem xét trừ trường hợp bất thường
Trang 35- Xác định hiệu ứng của tĩnh tải DL:
DL = DCDC + DWDW + PP + DC: Hiệu ứng của tĩnh tải các bộ phận;
+ DW: Hiệu ứng của tĩnh tải lớp phủ và các tiện ích;
+ : Hệ số tải trọng của DC, lấy theo Bảng 2.4;
+ : Hệ số tải trọng của DW, lấy theo Bảng 2.4;
+ P: Hiệu ứng của các tải trọng thường xuyên khác ngoài tĩnh tải;
+ P: Hệ số tải trọng của P; P=1
- Xác định hiệu ứng của hoạt tải LL:
LL= L(LL+IM)
- Trong đó:
+ L: Hệ số tải trọng của hoạt tải đánh giá, lấy theo Bảng 2.4;
+ LL: Hiệu ứng của hoạt tải đánh giá;
+ IM: Lực xung kích của hoạt tải
Hệ số xung kích (1+IM) phụ thuộc vào nhiều vào hiện trạng lớp phủ mặt cầu, tình trạng khe co giãn và chất lượng đường đầu cầu Nếu như các cấu kiện trên có dấu hiệu xuống cấp từ thời điểm kiểm định thì cần phải đo lại dao động để có được hệ số xung kích thực tế Nếu không thể đo thì lấy (1 + IM) = 1 + 0,25 = 1,25
CÁC TTGH VÀ HỆ SỐ TẢI TRỌNG DÙNG TRONG ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG
Bảng 2 4 Hệ số tải trọng dùng trong đánh giá tải trọng
Loại cầu TTGH
Tĩnh tải
Tĩnh tải
Tải trọng thiết kế Tải trọng
Sử dụng II 1,00 1,00 1,30 1,00 Mỏi 0,00 0,00 0,75 - BTCT Cường độ I 1,25 1,50 1,75 1,35 Bảng 2.5