Đánh giá kết cấu nhịp cầu đường ô tô đang khai thác dự án cầu đường quy nhơn nhơn hội theo các tiêu chuẩn hiện hành,luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học giao thông vận tải Nguyễn Văn Hòa ĐáNH GIá KếT CấU NHịP CầU ĐƯờNG Ô TÔ ĐANG KHAI THáC - Dự áN CầU ĐƯờNG QUY NHƠN NHƠN HộI THEO CáC TIÊU CHUẩN HIệN HàNH cHUYÊN NGàNH: xÂY DựNG CầU HầM MÃ số: 60.58.25 luận văn thạc sỹ Kỹ THUậT hà nội - 2011 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học giao thông vận tải

 Nguyễn Văn Hòa ĐáNH GIá KếT CấU NHịP CầU ĐƯờNG Ô TÔ ĐANG KHAI THáC - Dự áN CầU ĐƯờNG QUY NHƠN NHƠN HộI THEO CáC TIÊU CHUẩN HIệN HàNH luận văn thạc sỹ Kỹ THUậT cHUYÊN NGàNH: xÂY DựNG CầU HầM M· sè: 60.58.25 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS.TS Ngun Ngọc Long hà nội - 2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyễn Ngọc Long MỤC LỤC MỞ ðẦU CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC KIỂM TRA VÀ ðÁNH GIÁ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Tổng quan kiểm tra, ñánh giá cầu BTCT giới 1.1.1 Tình hình nghiên cứu phương pháp kiểm tra kết cấu nhịp cầu BTCT: 1.1.2 Tình hình nghiên cứu đánh giá kết cấu nhịp cầu BTCT giới 1.2 Hiện trạng hệ thống cầu mạng lưới GTðB Việt Nam 11 1.2.1 Hiện trạng hệ thống cầu ñường Việt Nam 11 1.2.2 Hiện trạng hệ thống cầu ñường khu vực vùng Quy Nhơn 13 1.3 Hiện trạng công tác kiểm tra, ñánh giá cầu Việt Nam 14 1.3.1 Giới thiệu chung 14 1.3.2 Phân loại công tác kiểm tra 16 1.3.3 Phương pháp ñánh giá 17 1.4 Phân tích dạng hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng cầu BTCT BT DƯL Việt Nam 18 1.4.1 Hiện tượng hư hỏng vật liệu 18 1.4.2 Hiện tượng hư hỏng kết cấu: 21 1.4.3 Các nguyên nhân khác gây hư hỏng 22 1.5 Kết luận chương 22 CHƯƠNG 2: NHỮNG NỘI DUNG CHỦ YẾU ðÁNH GIÁ KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH 24 2.1 Khái quát chung 24 2.1.1 Cơ sở lý thuyết chung 24 2.1.2 Tải trọng dùng ñể ñánh giá 24 2.2 Quy trình xác định sức chịu tải kết cấu nhịp dầm BTCT cầu ñường Liên bang Nga BCH 32-78: 25 Lun Thc s Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hßa GVHD: PGS-TS Nguyễn Ngọc Long 2.2.1 Cơ sở lý thuyết Quy trình BCH 32-78 25 2.2.2 Kiểm tra thu thập số liệu trạng cầu: 27 2.2.3 Xác ñịnh nội lực cho phép hoạt tải gây tiết diện cấu kiện kết cấu nhịp: 28 2.2.4 Xác định mơ men uốn lực cắt tiết diện cấu kiện kết cấu nhịp 32 2.2.5 Xác ñịnh nội lực cấu kiện chịu lực kết cấu nhịp hoạt tải thẳng ñứng tiêu chuẩn xe nặng 34 2.2.6 Thử nghiệm cầu 37 2.2.7 Nhận xét 38 2.3 Quy trình kiểm định cầu đường ôtô 22 TCN 243-98 38 2.3.1 Tổng quan Quy trình TCN 243-98 38 2.3.2 ðánh giá kết cấu nhịp dầm BTCT 40 2.3.3 ðánh giá kết cấu nhịp dầm BT dự ứng lực: 43 2.3.4 Nhận xét 48 2.4 Nghiên cứu ñánh giá cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Anh BD 21-93 48 2.4.1 Kiểm tra phục vụ ñánh giá 48 2.4.2 Mục tiêu phương pháp 49 2.4.3 Tính chất vật liệu 53 2.4.4 Tải trọng 54 2.4.5 Phân tích kết cấu 60 2.4.6 Nhận xét 61 2.5 ðánh giá cầu BTCT theo AASHTO 62 2.5.1 Giới thiệu chung 62 2.5.2 Các phương pháp ñánh giá 65 2.5.3 Phương trình ñánh giá 65 2.5.4 Tình trạng phận cầu 67 2.5.5 Các tải trọng 67 2.5.6 ðánh giá cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng (LRFR): 72 2.5.7 So sánh LRFR LFR: 80 2.5.8 Nhận xét 84 2.6 Kết luận chương 85 Luận văn Thạc sỹ Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngọc Long CHƯƠNG 3: ðÁNH GIÁ TRẠNG THÁI KẾT CẤU CẦU TRÊN TUYẾN QUY NHƠN – NHƠN HỘI THEO 22TCN 243-98 VÀ AASHTO (LRFR) 87 3.1 Giới thiệu khái quát Dự án cầu ñường Quy Nhơn – Nhơn Hội 87 3.1.1 Quy mô tiêu chuẩn kỹ thuật 89 3.1.2 Kết cấu mặt ñường 89 3.1.3 Kết cấu cơng trình cầu 90 3.2 Giới thiệu cơng trình cầu Thị Nại 91 3.2.1 ðặc ñiểm thủy văn ñầm Thị Nại 91 3.2.2 ðặc điểm địa hình, địa chất cơng trình 91 3.2.3 Quy mơ, tiêu chuẩn kỹ thuật 92 3.2.4 Phương án kết cấu 92 3.3 Các nội dung ñánh giá 95 3.3.1 Khái quát chung nội dung ñánh giá 95 3.3.2 Giới thiệu kết cấu nhịp ñược ñánh giá 96 3.4 ðánh giá trạng thái cầu theo Tiêu chuẩn 22TCN 243-98 102 3.4.1 Tính tốn tĩnh tải 102 3.4.2 Tính tốn nội lực hoạt tải: 102 3.4.3 Tính toán khả chịu lực mặt cắt: 104 3.5.4 Kết ñánh giá: 106 3.5 ðánh giá trạng thái kết cấu theo AASHTO (LRFR) 107 3.5.1.Tính tốn nội lực tĩnh tải 108 3.5.2 Tính tốn nội lực hoạt tải 109 3.5.3 Tính tốn sức kháng tiết diện: 111 3.5.4 Kết ñánh giá: 113 KẾT LUẬN 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 Luận văn Thạc sỹ Kho¸ học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long MỞ ðẦU Trên hệ thống cầu ñường Việt Nam có nhiều loại cầu xây dựng qua nhiều thời kỳ với giai ñoạn lịch sử khác Chúng thiết kế thi cơng theo tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm khác Có thể phân loại cầu theo thời kỳ thiết kế thi công sau: - Trước năm 1954: theo quy phạm cộng hoà Pháp - Từ năm 1955 - 1974: + Tại miền Bắc theo quy phạm Liên Xô (cũ), Trung Quốc Việt Nam + Tại miền Nam theo quy phạm Mỹ (AASHO) - Từ năm 1979 ñến nước thường thiết kế theo quy trình thiết kế cầu cống theo trang thái giới hạn (22TCN 18-79), Quốc lộ thường ñược thiết kế với tiêu chuẩn 22TCN18-79, tải trọng H30, XB80, Tỉnh lộ đường nơng thơn thiết theo tải trọng H18 ñến H10 - Thời gian gần ñây nhiều cầu nước ta ñã ñược xây dựng sở quy trình nước ngồi tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO (các dự án cầu QL 2, QL 1A ), Nhật (cầu Kiền, cầu Bính, cầu Bãi Cháy, cầu Cần Thơ… ), Australia (cầu Mỹ Thuận ), Từ thực trạng mà công tác quản lý, khai thác, ñánh giá sửa chữa thêm phức tạp Do phát triển kinh tế ñất nước, cầu phải ñảm ñương khối lượng vận tải lớn, nhiều lâm vào trạng thái tải Ngoài cầu nước ta chịu ảnh hưởng lớn môi trường Những ñiều kiện dẫn ñến việc hư hỏng cầu cũ nhiều ña dạng, ảnh hưởng đe doạ đến an tồn kết cấu cơng trình phương tiện vận tải Khối lượng cầu có tài sản lớn quốc gia, việc đầu tư cho cơng tác kiểm tra, quản lý, ñánh giá tu sửa chữa cần ñược quan tâm Luận văn Thạc sỹ Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngọc Long ðể tăng tuổi thọ cơng trình cầu để khai thác cách an tồn cơng trình cầu cũ việc thường xun phải kiểm tra, ñánh giá lại khả chịu tải cầu quan trọng cần thiết Mục tiêu việc kiểm tra ñánh giá cầu nhằm phát hư hỏng, ñề giải pháp xử lý xác ñịnh chế ñộ tải trọng cho phép khai thác cầu (tải trọng, tốc ñộ, khoảng cách xe , ) đảm bảo an tồn cho người, phương tiện Cho ñến công tác kiểm tra, ñánh giá quản lý chất lượng cầu ñã ñang nhận ñược quan tâm ngày nhiều từ quan quản lý Bộ Giao thơng Vận tải ban hành quy trình thử nghiệm cầu 22TCN-170-87, tiêu chuẩn Kiểm ñịnh cầu ñường ôtô 22TCN-243-98, tiêu chuẩn bảo dưỡng sửa chữa thường xun đường bộ, Hiên cơng tác kiểm tra ñánh giá cầu nước ta chủ yếu dựa sở quy trình, tiêu chuẩn nêu trên, ngồi cịn có quy trình kiểm tra, đánh giá cầu khai thác khác ñang ñược tham khảo sử dụng nước ta như: Quy trình xác định sức chịu tải kết cấu nhịp dầm BTCT cầu ñường BCH 32-78 (Liên xơ cũ) ðánh giá cầu đường kết cấu BD 21/93 (Vương quốc Anh), ñánh giá cầu theo tiêu chuẩn AASHTO (Mỹ) Do công trình cầu nước ta thiết kế theo nhiều tiêu chuẩn khác nên việc áp dụng tiêu chuẩn ñánh giá cầu ñể ñánh giá cầu ñược xây dựng theo hệ thống tiêu chuẩn khác gặp khó khăn quan điểm tính tốn khác nhau, lựa chọn hệ số tính tốn, tải trọng đánh giá, mà khơng xem xét cẩn thận dẫn tới kết khác ñáng kể ðể góp phần khắc phục tình trạng trên, đề tài nghiên cứu: ðánh giá kết cấu nhịp cầu đường tơ ñang khai thác _ Dự án cầu ñường Quy Nhơn – Nhơn Hội theo tiêu chuẩn hành ñược ñặt nhằm mục tiêu sau: Tìm hiểu nghiên cứu số tiêu chuẩn ñánh giá kết cấu nhịp cầu rầm BTCT cũ đường ơtơ Việt Nam số nước giới Áp dụng ñánh giá kết cấu cơng trình cầu cụ thể tiêu biểu ñã xây dựng ñịa phương, so sánh kết ñánh giá rút kết luận kiến nghị Luận văn Thạc sỹ Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long Trờn c sở mục tiêu nghiên cứu nhiệm vụ nghiên cứu đề tài là: - Tìm hiểu số tiêu chuẩn ñánh giá kết cấu nhịp cầu rầm BTCT đường ơtơ số nước giới (Mỹ, Anh, Nga, Việt Nam) - Tiến hành ñánh giá cơng trình cầu cụ thể, áp dụng tính tốn cho cơng trình cầu Thị Nại dự án cầu ñường Quy Nhơn - Nhơn Hội ñịa phương theo hai tiêu chuẩn khác (22 TCN 243-98 Việt Nam AASHTO Mỹ), từ so sánh rút kết luận ñề tài Nội dung ñề tài PHẦN MỞ ðẦU: Nêu trạng vấn ñề xác lập mục tiêu nội dung nghiên cứu CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC KIỂM TRA VÀ ðÁNH GIÁ KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN ðƯỜNG ƠTƠ Trình bày trạng cơng tác kiểm tra, đánh giá cầu BTCT Việt Nam, tình hình nghiên cứu đánh giá kết cấu nhịp cầu BTCT giới vấn ñề ñược giải luấn án CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ðÁNH GIÁ CẦU Trình bày phương pháp ñánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam (22TCN 243-98), phương pháp ñánh giá chất lượng kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Liên xô cũ (BCH 32 - 78), phương pháp ñánh giá chất lượng kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Vương quốc Anh (BD 21/93) phương pháp ñánh giá chất lượng kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo hướng dẫn AASHTO (Mỹ) tương ứng với hệ tiêu chuẩn thiết kế khác CHƯƠNG III TÍNH TỐN ðÁNH GIÁ CHO CƠNG TRÌNH CẦU BTCT THỰC TẾ ÁP DỤNG CHO CẦU THỊ NẠI TRONG DỰ ÁN CẦU ðƯỜNG QUY NHƠN – NHƠN HỘI TỈNH BÌNH ðỊNH THEO 22TCN 243-98 VÀ HƯỚNG DẪN CỦA AASHTO (LRFR) Luận văn Thạc sỹ Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long Lựa chọn cơng trình thực tế xây dựng ñịa phương ñể ñánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam (22TCN 243-98) theo hướng dẫn AASHTO Trên sở so sánh cách ñánh giá theo hai phương pháp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Dựa kết luận án đưa kết luận chính, đồng thời kiến nghị phương hướng nghiên cứu ñề tài Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy Bộ mơn Cầu Trường ðại học GTVT, đồng nghiệp cơng ty CP tư vấn thiết kế ñường (HECO) Tác giả ñặc biệt cảm ơn thầy hướng dẫn PGS TS Nguyễn Ngọc Long ñã quan tâm ñộng viên, hướng dẫn trình thực hồn thành luận án Luận văn Thc s Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyễn Ngọc Long CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT NDT : (Non Destructive Tiêu chuẩn Việt Nam Testing): Kiểm tra không phá huỷ TCN : Tiêu chuẩn ngành TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TTGH : Trạng thái giới hạn BTCT : Bê tông cốt thép BTCT DƯL : Bê tông cốt thép dự ứng lực QL : Quốc lộ ADTT : Tải trọng ngày ñêm TTGH : Trạng thái giới hạn USCP : Ứng suất cho phép HSTT : Hệ số tải trọng LFR : Load Factor Rating (Phương pháp ñánh giá hệ số tải : trọng) : Load Resistance Factor Rating (Phương pháp ñánh giá LRFR theo hệ số tải trọng sức kháng) AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp hội viên chức ñường vận tải Mỹ) BS : Luận văn Thạc sỹ Bristish Standard (Tiêu chuẩn Anh) Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngọc Long 3.5.1.Tính tốn nội lực tĩnh tải a Giá trị nội lực tĩnh tải
Nội lực giai ñoạn I: Bao gồm tải trọng thân dầm = trọng lượng ñoạn dầm cắt khất+ trọng lượng ñoạn dầm ñặt+ trọng lượng ñoạn dầm lại + Trọng lượng thân dầm ñoạn cắt khấc: DCd0 = γ c xA0 xLck x = 34.45KN + Trọng lượng thân dầm ñoạn dầm ñặc: DCd1 = γ c xA1xLdac x = 97.27KN + Trọng lượng thân dầm đoạn cịn lại: DCd1 = γ c xAx[L − x( Lck + Ldac )]= 517.6KN Tĩnh tải dầm chủ coi tải trọng rải ñều suốt chiều dài dầm: DCdc= DC D + DC D1 + DC d = 16.95KN/m L
Nội lực giai ñoạn II: + Tĩnh tải mặt cầu: DCbmg = 8.7KN/m + Tĩnh tải vách ngăn: DCvn = 0.04KN/m + Tải trọng lớp phủ mặt cầu tiện ích cơng cộng DW= 3.791 (KN/m) + Tải trọng dầm ngang (xem phân bố ñều) DCdn = 2.752 (KN/m) + Tải trọng lan can: DClc = 5.886 (KN/m)
Nội lực tĩnh tải: Ký hiệu ðơn vị 0.5L Gối Mômen (M) KNm 5293.76 0.00 Lực cắt (Q) KN 0.00 647.03 Luận văn Thạc sỹ 108 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Ngun Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long 3.5.2 Tớnh toỏn nội lực hoạt tải a Xác ñịnh hệ số:
Lựa chọn hệ số sức kháng Trạng thái giới hạn cường ñộ ( theo ñiều 5.5.4.2.1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Uốn kéo BTCT UST: Cắt soắn: 0.9 Trạng thái giới hạn khác lấy hệ số sức kháng =
Lựa chọn hệ số tải trọng (Theo ñiều 1.3.3, 1.3.4,1.3.5 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Ký hiệu TTGHCð TTGH khác η=ηD.ηR.ηI Hệ số Hệ số dẻo ηD 1.0 1.0 1.0 Hệ số dư ηR 1.0 1.0 1.0 Hệ số tầm quan trọng ηI 1.05 1.0 1.05
Hệ số xe (Theo ñiều 3.6.1.1.2 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Số xe m 1.2 0.85 0.65
Hệ số phân phối Mômen (Theo ñiều 4.6.2.2.1-1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Mặt cắt ngang kiểu (c); Bảng 4.6.2.2.1-1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 ðối với dầm giữa: Khi cầu có thiết kế chịu tải: g1 =  S    910mm  0.35  S H  *   Ltt  0.25 = 0.295 Khi cầu có hai nhiều thiết kế chịu tải: Luận văn Thạc sỹ 109 Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa S g2 =    1900mm  0.6 GVHD: PGS-TS Nguyễn Ngọc Long  S H  *   Ltt  0.125 = 0.529 Theo phương pháp địn bẩy: g= 0.561 Chọn giá trị cực ñại làm hệ số phân bố ngang thiết kế: g= 0.561 ðối với dầm biên: Không xét Hệ số phân phối Mômen
Hệ số phân bố ngang cho lực cắt (Theo ñiều 4.6.2.2.3 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Một thiết kế chịu tải: gv,I = (S/3050)0.6(d/L)0.1 > thiết kế chịu tải: gv,I = (S/2250)0.8(d/L)0.1 Tính theo quy tắc đòn bẩy gv,I = = 0.579 = 0.682 = 0.561 = 0.682 gv,I Hệ số phân phối lực cắt = 0.682 b Tính tốn nội lực hoạt tải: Các mặt cắt tính toán: x1 x2 x3 x4 x5 Tim x6 x7 x1 = 18.8 m x2 = 14.9 m x3 = 11 m x4 = 6.5 m x5 = 3.9 m x6 = 2.2 m x7 = 0.50 m (mặt cắt khấc) Le = S.7 S.6 Luận văn Thạc sỹ S.5 S.4 S.3 S.2 110 37.6 m S.1 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long
Mụmen hoạt tải xe ôtô (KNm) Ký hiệu mặt Momen xe tải Momen tải trọng tiêu chuẩn cắt (0.5L) X2=14.9 X3=11 X4=6.5 X5=3.9 X6=2.2 X7=0.5 (ðầu khấc) trọng người ñi Mtr X1= 18.8 Momen tải Mln KNm KNm KNm 1870.85 636.19 2300.89 1813.07 1583.81 1113.18 729.37 434.11 608.81 526.68 363.87 236.57 140.18 2201.88 1904.83 1316.00 855.61 507.00
Lực cắt hoạt tải xe ôtô (KN) Ký hiệu mặt Lực cắt xe tải cắt tiêu chuẩn Lực cắt tải trọng (0.5L) X2=14.9 X3=11 X4=6.5 X5=3.9 X6=2.2 X7=0.5 (ðầu khấc) trọng người ñi Vtr X1= 18.8 Lực cắt tải Vln KNm KNm KNm 16.92 61.19 106.81 24.67 33.87 46.30 54.37 59.99 89.22 122.51 167.46 196.63 216.97 135.54 164.27 197.42 216.57 229.09 65.89 238.31 241.61 3.5.3 Tính tốn sức kháng tiết diện: c Khả chịu mô men mặt cắt dầm: Mr = φMn Mn = [Apsfps(dp-a/2)+0.85f'c(b - bW)b1hf(a/2-hf/2)]*10^-6 Luận văn Thạc sỹ 111 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Ngun Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long Trong ủú: : Hệ số sức kháng qui ñịnh ñiều [ñiều 5.5.4.2 theo tiêu chuẩn 22TCN272-05] = 1,0 (BTCT DƯL) Mn: Sức kháng danh định (Nmm) Aps: Diện tích thép ưst = 6160 (mm2) fps: ứng suất trung bình thép ưst (MPa) fps = fpu(1-k.c/dp) k = 2(1.04-fpy/fpu) = 0,28 c: Khoảng cách từ trục trung hồ đến thớ ngồi chịu nén (mm) c = [Apsfpu-0.85fcb1(b-bw)hf]/(0.85*f'cb1bw+kApsfpu/dp) dp: Khoảng cách từ thớ ngồi chịu nén đến trọng tâm bó cáp mm Chiều dày khối ứng suất tương ñương a = b1c (mm) bW: Chiều rộng bụng (mm) b: Bề rộng mặt chịu nén tiết diện = 2125 (mm) b1: Hệ số chuyển ñổi biểu ñồ ứng suất b1 = 0.85 - [(fc-28)/7]0.05 = 0.69 hf: Chiều dày cánh chịu nén = 200 (mm) f'c: Cường ñộ chịu nén bê tông tuổi 28 ngày = 50 MPa fpu: Cường ñộ chịu kéo qui ñịnh thép UST = 1860 MPa Mu: Mơ men tính tốn TTGHCD (KNm) Thay giá trị vào trình tốn ta có Mr = 19322 kNm d Khả chịu cắt gối: Vr = φVn Trong đó: Vr- lực cắt cực đại mặt cắt xét tính theo TTGH cường ñộ φ - hệ số sức kháng lấy sở thống kê lấy theo ñiều 5.5.4.2, φ = 0,9 cho tính tốn sức kháng cắt xoắn Luận văn Thạc sỹ 112 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Ngun Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long Vn - sc kháng cắt danh ñịnh mặt cắt Lấy trị số nhỏ hai giá trị sau: Vn = Vc + Vs + Vp (ñiều A5.8.3.3-1 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Vn = 0.25f'cbvdv + Vp (ñiều A5.8.3.3-3 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Vc = 0.083b(f'c^0.5)bVdV (ñiều A5.8.3.3-3 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Vs=[AVfydV(cotgq+cotga)sina]/s (ñiều A5 3.3-4 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) f'c: Cường độ bêtơng kiểm tra (MPa) bV: Bề rộng bụng hữu hiệu, lấy bề rộng bụng nhỏ trọng chiều cao dv (mm) (ñiều 5.8.2.7 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) dV: Chiều cao chịu cắt hữu hiệu (mm) (5.8.2.7 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) dv = de-a/2 Không nhỏ max(0.9de ,0.72h) fy: Giới hạn chảy thép thường (cốt ñai) (Mpa) s: Cự ly thép ñai b: Hệ số khả bêtơng bị nứt chéo truyền lực kéo (mm) (điều 5.8.3.4 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) q: Góc nghiêng ứng suất nén chéo ñược (ñộ) (ñiều 5.8.3.4 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) a: Góc nghiêng cốt thép ngang ñối với trục dọc (ñộ) AV: Diện tích cốt thép chịu cắt cự li s (mm2) VP: Thành phần lực ứng suất trước có hiệu hướng lực cắt tác dụng (N) f: Hệ số sức kháng cắt (ñiều 5.5.4.2 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Tính ta Vr = 2824 kN 3.5.4 Kết ñánh giá: ðánh giá theo LRFR Cơng thức dùng để đánh giá: RF = C − γ DC DC − γ DW DW ± γ P P γ L LL (1 + IM ) Đối với trạng thái giới hạn cờng độ: Lun Thc s 113 Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long C = cs.Rn Đối với trạng thái giới hạn Sử dụng: C = fR Trong đó: RF : Hệ số đánh giá C : Khả chịu lực fR : ứng suất cho phép đợc quy định Tiêu chuẩn LRFD Rn : Sức kháng danh định cấu kiện DC : Hiệu ứng tải trọng tĩnh phận kết cấu DW : HiƯu øng cđa t¶i träng tÜnh líp phủ phận khác P : Tải trọng lâu dài tải trọng tĩnh LL : Hiệu ứng tải trọng động IM : Hệ số tải trọng động DC : Hệ số tải trọng theo LRFD ®èi víi c¸c cÊu kiƯn kÕt cÊu γDW : HƯ số tải trọng theo LRFD lớp phủ phận khác P : Hệ số tải trọng theo LRFD tải trọng lâu dài tải trọng tĩnh L : Hệ số tải trọng động ®¸nh gi¸ ΦC : HƯ sè ®iỊu kiƯn Φs : HƯ sè hƯ thèng Φ : HƯ sè søc kh¸ng theo LRFD Luận văn Thạc sỹ 114 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long Bng 3.5 Các giá trị hệ số ñánh giá RF Vị trí Mơ tả Mức đánh giá kiểm kê Mức đánh giá khai thác Giữa nhịp Mô men 1.08 1.79 Gối Lực cắt 1.55 2.69 - Kết cấu nhịp khai thác an toàn với tải trọng thiết kế HL93, mức ñộ dự trữ ñối với mức ñánh giá kiểm kê nhỏ ñối với mức ñánh giá khai thác Mức độ dự trữ mơmen nhịp 1.05 Nhận xét: e Theo kết tính tốn trên, khả chịu tải cầu ñều ñạt yêu cầu ñối với hoạt tải dùng ñể so sánh, kiểm tra theo phương pháp tính quy trình AASHTO LRFR, 22TCN 24398 Hệ số khả chịu tải tính theo AASHTO LRFR cao tính tốn theo 22TCN 243-98 ðiều chứng tỏ phương pháp tính khả chịu tải cầu hành Việt Nam an tồn, có độ dự trữ cao so với AASHTO LRFR f ðánh giá cầu theo hướng dẫn AASHTO theo tiêu chuẩn 22TCN 243-98 có mức độ an tồn xấp xỉ g Từ kết tính tốn đánh giá khả chịu tải kết cấu nhịp dẫn cầu Thị Nại thuộc dự án cầu ñường Quy Nhơn – Nhơn Hội tỉnh Bình ðịnh, tính tốn đánh giá theo AASHTO hồn tồn so sánh đối chiếu tính tốn đánh giá theo tiêu chuẩn 22TCN 243-98 Trong ñiều kiện Việt Nam, ñánh giá cầu cụ thể theo phương pháp tính tốn lại kết cấu có kể đên trạng sử dụng ñồng thời tiêu chuẩn ñánh giá AASHTO 22 TCN 243-98 Luận văn Thạc sỹ 115 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long KẾT LUẬN Luận án tìm hiểu trạng cơng tác kiểm tra đánh giá cầu giới Việt Nam, hệ thống hố hư hỏng ñối với cầu BTCT BTCT ƯST Việt Nam Luận án trình bày nội dung Quy trình xác định sức chịu tải kết cấu nhịp rầm BTCT cầu ñường BCH 32-78 (Liên bang Nga); Quy trình thử nghiệm cầu 22TCN 243-98 (Việt Nam); quy trình BD 21-93 (Anh); hướng dẫn ñánh giá cầu theo AASHTO (Mỹ) ñưa nhận xét quy trình Qua kết nghiên cứu luận án thấy rằng:
Các cầu BTCT BTCT DƯL chiếm tỉ lệ tương ñối lớn hệ thống cầu quốc lộ Việt Nam Các cầu BTCT BTCT DƯL Việt Nam có nhiều loại kết cấu nhịp khác nhau, nhiều loại mặt cắt ngang khác ðược thiết kế thi công theo nhiều thời kỳ khác dựa Tiêu chuẩn thiết kế khác
Cơng tác kiểm tra đánh giá cầu ñang khai thác ñược nghiên cứu từ lâu giới ñã thu ñược nhiều kết quan trọng Hiện cơng tác ngày quan tâm Việt Nam bước đầu có kết định Việc tìm hiểu, nghiên cứu so sánh số tiêu chuẩn ñánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT khai thác đường ơtơ Việt Nam số nước giới cần thiết
Cơng tác kiểm tra đánh giá chất lượng kỹ thuật cơng trình cầu có kết cấu nhịp dầm BTCT ñã ñược nước quan tâm ñã xây dựng ñược hệ thống tiêu chuẩn từ sớm Cơng tác kiểm tra đánh giá chất lượng ñã ñược coi nhiệm vụ tổ chức làm công tác quản lý bảo dưỡng cơng trình
Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá chất lượng kỹ thuật cơng trình phát triển theo xu hướng quy chuẩn hố mang tính chất pháp lý bắt buộc Trình tự tiến hành cơng tác kiểm tra, ñánh giá biên chế tổ chức làm Luận văn Thạc sỹ 116 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Ngun Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long cụng tỏc kim ñịnh ñược tiêu chuẩn hoá từ thấp ñến cao
Việc đánh giá chất lượng kỹ thuật cơng trình để lên kế hoạch, ñịnh biện pháp sửa chữa tăng cường thơng qua cơng tác kiểm tra mức độ giải loại kiểm tra
Cơng trình theo dõi, quan sát đánh giá chất lượng từ xây dựng xong cho ñến suốt trình khai thác sử dụng lập thành lý lịch lưu trữ ñầy ñủ Một hệ thống quản lý chất lượng tốt có đầy đủ số liệu thống kê số liệu kiểm tra ñịnh kỳ, kiểm ñịnh cầu liệu quan trọng cần thiết cho việc đánh giá cầu
Quy trình 22TCN 243-98 ñã sử dụng nhiều kết Quy trình BCH 3278, phân biệt kết cấu BTCT kết cấu BTCT DUL, thử tải tĩnh ñộng ñồng thời Tuy nhiên phần trình bầy nhịp dầm BTCT DUL cịn chưa đầy đủ, thiếu đồng cịn nhiều chỗ trình bầy chung chung
ðánh giá cầu theo AASHTO có số đặc điểm sau: - Các hướng dẫn AASHTO việc kiểm tra ñánh giá cầu chi tiết hệ thống, cần phải học tập - Các hướng dẫn ñưa mức ñánh giá mức ñánh giá kiểm kê mức ñánh giá khai thác Mức ñánh giá kiểm kê cho phép so sánh với khả chịu tải kết cấu mới, từ xác định hoạt tải tác động an tồn lên kết cấu, ñó mức ñánh giá khai thác xác ñịnh hoạt tải tối đa chạy qua cầu - Trong hướng dẫn AASHTO ñã ñưa khái niệm ñộ tin cậy kết cấu ñánh giá ðây bước phát triển triết lý đánh giá cơng trình - Các hướng dẫn AASHTO ñưa nhiều phương pháp ñánh ñánh giá theo ứng suất cho phép, ñánh giá theo hệ số tải trọng ñánh giá theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng Luận văn Thạc sỹ 117 Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyễn Ngọc Long - Trong hướng dẫn ñưa chi tiết loại tải trọng, hệ số sức kháng hệ số tải trọng - Ở nước ta lượng lớn cầu ñược thiết kế theo Tiêu chuẩn AASHTO trước ñây Việc áp dụng hướng dẫn AASHTO ñể ñánh giá chất lượng cơng trình hợp lý Ngồi ra, từ việc thiết kế cầu ta ñã tuân theo Tiêu chuẩn AASHTO ñó tương lai việc đánh giá chất lượng cơng trình cầu tuân theo Tiêu chuẩn AASHTO Vì việc nghiên cứu tìm hiểu hướng dẫn đánh giá cần theo Hướng dẫn AASHTO cần thiết Kết ñánh giá khả chịu tải cơng trình cầu BTCT DUL cụ thể ñịa phương (Kết cấu nhịp cầu Thị Nại) theo phương pháp tính quy trình AASHTO LRFR, 22TCN 243-98, cho kết tính tốn đạt yêu cầu ñối với hoạt tải dùng ñể so sánh, kiểm tra Một số kiến nghị
Do ñiều kiện lịch sử, hệ thống cầu Việt Nam (trong có cầu BTCT) thiết kế thi cơng theo nhiều tiêu chuẩn quy trình khác nhau, nên ñánh giá cầu không xem xét so sánh riêng tải trọng khả chịu tải ñể kết luận mà phải xem xét ñồng thời theo hai theo phương pháp luận tiêu chuẩn, quy trình Mục đích cuối hệ số an tồn tính theo tiêu chuẩn, quy trình xem xét
Phương pháp ñánh giá dùng phương tiện thiết bị ñại ñể ño ñạc kiểm tra với ñội ngũ kiểm định viên có trình độ cao, có nhiều kinh nghiệm tận tâm với cơng việc Vì vậy, ñể tăng cường hiệu kiểm ñánh giá cầu cân phải tăng cường công tác quản lý khai thác, trọng ñào tạo nguồn nhân lực cho cơng tác kiểm định đầu tư thiết bị phục vụ cơng tác kiểm định đại đồng
Trong ñiều kiện Việt Nam, ñánh giá cầu cụ thể theo phương pháp tính tốn lại kết cấu có kể đến trạng nó, mặt ngun tắc có Luận văn Thạc sỹ 118 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long thể sử dụng ñồng thời tiêu chuẩn ñánh giá 22 TCN 243-98, BCH 32-78, ñánh giá theo hướng dẫn AASHTO Tuy nhiên ñiều kiện Bộ GTVT ñã ñịnh sử dụng thống tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, việc yêu cầu vận dụng thức phương pháp đánh giá cầu theo hệ số tải trọng sức kháng (LRFD) phù hợp cần thiết Luận văn Thạc sỹ 119 Kho¸ học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long TÀI LIỆU THAM KHẢO [ 1] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn ngành (22TCN 272-05), Quy trình thiết kế cầu cống hệ số tải trọng hệ số sức kháng, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 2] Bộ ðường tơ LB Nga (1990), Quy trình xác ñịnh sức chịu tải kết cấu nhịp rầm BTCT cầu ñường BCH 32-78, Viện Thiết kế GTVT, Hà Nội [ 3] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn ngành (1979), Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 4] Bộ Giao thông vận tải bưu ñiện, Tiêu chuẩn ngành (1992), Quy trình thử nghiệm cầu 22-TCN-170-87, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 5] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn ngành (1999), Quy trình kiểm định cầu đường tơ 22-TCN-243-98, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 6] Bộ Giao thông Vận tải Tiêu chuẩn kỹ thuật kiểm tra thường xuyên ñường bộ, Hà nội 2003 [ 7] Trần ðức Nhiệm, 2004, “Vấn đề hạn chế kiểm sốt tải trọng xe lưu hành qua cầu ñường – Cần tiếp cận giải cách có hệ thống đồng bộ”, Tạp chí GTVT, 11-2004 Hà nội [ 8] Nguyễn Viết Trung (2003), Chẩn đốn cơng trình Cầu, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [9] Nguyễn Văn Lạp đồng nghiệp (1995), Lựa chọn cơng nghệ thích hợp kiểm định cơng trình giao thơng, Báo cáo kết đề tài cấp Nhà nước KC-10-11, Chương trình KC-10, Viện Khoa học Công nghệ GTVT, Hà Nội [10] AASHTO (1989), Guide Specifications for Strength Evaluation of Existing Steel and Concrete Bridge, Washington D C Luận văn Thạc s 120 Khoá học 2009-2011 SVTH: Nguyễn Văn Hòa [11] GVHD: PGS-TS Nguyễn Ngọc Long AASHTO (1990), Manual for Maintenance Inspection of Bridge 1983 Includes Revision From Interim Specification for Beidges 1984, 1984, 1986, 1987-1988, 1989, 1990, Washington D C [12] AASHTO (1996), Standard Specifications for Highway Bridges, Washington D C [13] AASHTO (2001), Manual for Condition Evaluation of Bridges Second Edition As Revised by the 1995, 1996, 1998 and 2000 Interim Revisions and as approved by the AASHTO Subcommittee on Bridges and Structures, Washington D C [14] BSI (1990), BS 6089:1981 Guide to Assessment of Concrete Strength in Exiting Strucrures, British Standards Institution, London [15] BD 21/93 (1993), Quality Controlled Document- Highway bridge and Structures, British Standard Institution, London [16] NCHRP: Manual for Condition Evaluation Load Rating of Highway Bridges Using Load and Resistance Factor Philosophy, Washington D.C, May 2001 [17] Ciolk A T., Tabatabai H., (1999), “NCHRP Wed Document 23: Contractor’s Final Report: Nondestructive Methods for Condition Evaluation of Prestressing Steel Strands in Concrete Bridges-Final Report, Phase I: Technology Review”, Transportation Research Board Project No.10-53 [18] Ali M G and Maddocks A R., (1999), “Evaluation of Corrosion of Prestressing Steel in Concrete Using Non-Destructive Texhniques”, january/February 1994, pp 297-300 [19] Wichmann H J., Holst A., Harir K and Buldelmann H (2003), “Detection an locazation in tendons by means of electromagnetic”, International Symposium on Non-Destructive Testing in Civil Engineering 2003 (NDT-CE 2003), September 16-19, 2003 in Berlin, Germany Luận văn Thạc sỹ 121 Kho¸ häc 2009-2011 SVTH: Ngun Văn Hòa [20] GVHD: PGS-TS Nguyn Ngc Long Wichmann H J., Holst A., Harir K and Buldelmann H (2003), “Detection an locazation in tendons by means of electromagnetic”, International Symposium on Non-Destructive Testing in Civil Engineering 2003 (NDT-CE 2003), September 16-19, 2003 in Berlin, Germany Luận văn Thạc sỹ 122 Kho¸ häc 2009-2011