Thông tin tài liệu
Bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học giao thông vận tải LÂM QUANG LộC LÂM QUANG LộC luận văn thạc sỹ kỹ thuật HIệN TRạNG V ĐáNH GIá KHả NĂNG CHịU TảI Hệ THốNG CầU ĐANG KHAI THáC TạI TR VINH cHUYÊN NGNH: xÂY DựNG CầU HầM Mà số: 60.58.25 luận văn thạc sỹ Kỹ THUậT hμ néi - 2012 hμ néi - 2012 Bé gi¸o dục v đo tạo Trờng đại học giao thông vận t¶i LÂM QUANG LC HIệN TRạNG V ĐáNH GIá KHả NĂNG CHịU TảI Hệ THốNG CầU ĐANG KHAI THáC TạI TR VINH luận văn thạc sỹ Kỹ THUậT cHUYÊN NGNH: xÂY DựNG CầU HầM Mà số: 60.58.25 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS.TS Ngun ThÞ Minh NghÜa hμ néi - 2012 MỤC LỤC Mục lục Mở đầu Các thuật ngữ viết tắt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH 1.1 Đặc điểm tình hình kinh tế xã hội tỉnh Trà Vinh 1.1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1.1 Vị trí địa lý…………………………………………………………………… 1.1.1.2 Đặc điểm địa hình…………………………………………………………… 1.1.1.3 Khí hậu……………………………………………………………………… 1.1.1.4 Địa chất……………………………………………………………………… 1.1.1.5 Thủy văn…………………………………………………………………… 1.1.2 Tình hình kinh tế xã hội………………………………………………………… 11 1.1.2.1 Tăng trưởng kinh tế chuyển dịch cấu kinh tế 11 1.1.2.2 Thu, chi ngân sách…………………………………………………………… 12 1.1.2.3 Thực trạng phát triển ngành kinh tế 13 1.2 Hiện trạng mạng lưới giao thông địa bàn tỉnh Trà Vinh……………… 17 1.2.1 Mạng lưới giao thông đường 17 1.2.1.1 Về Quốc lộ 17 1.2.1.2 Về Đường tỉnh 18 1.2.1.3 Về Đường huyện 20 1.2.1.4 Về Đường đô thị 20 1.2.1.5 Về Đường giao thông nông thôn 21 1.2.2 Mạng lưới giao thông đường thủy 21 1.2.2.1 Hệ thống trục dọc…………………………………………………………… 21 1.2.2.2 Hệ thống trục ngang………………………………………………………… 23 1.2.2.3 Hệ thống cảng – bến thủy…………………………………………………… 24 1.2.2.4 Hệ thống cảng –bến sông…………………………………………………… 25 1.3 Hệ thống cầu đường ……………… 25 1.3.1 Cầu bê tông cốt thép …….…………….…………….……………… 25 1.3.2 Cầu thép …………….…………….…………….……………………… 26 1.3.3 Cầu thép bê tông cốt thép liên hợp ………….…………….………… 26 1.4 Kết luận chương 26 CHƯƠNG 2: NHỮNG NỘI DUNG CHỦ YẾU ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH…………………… 27 2.1 Khái quát chung ….…………….…………….………………………………… 27 2.1.1 Cơ sở lý thuyết chung …….…………….…………….…………….………… 27 2.1.2 Tải trọng dùng để đánh giá …………….…………….…………….…… 27 2.2 Đánh giá cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Anh BD 21-93…………………… 28 2.2.1 Kiểm tra phục vụ đánh giá………….………….…………….…………….… 28 2.2.1.1 Giới thiệu chung …………….……………………………………………… 28 2.2.1.2 Kiểm tra để xác định tải trọng……………………………………………… 29 2.2.1.3 Kiểm tra để xác định sức kháng ………….…………….…………….……… 29 2.2.2 Mục tiêu phương pháp ………….…………….…………………………… 29 2.2.2.1 Giới thiệu chung…………………………………………………………… 29 2.2.2.2 Trạng thái giới hạn…………………………………………………………… 29 2.2.2.3 Đánh giá giá trị tải trọng…………………………………………………… 30 2.2.2.4 Đánh giá hiệu ứng tải 30 2.2.2.5 Đánh giá sức kháng 31 2.2.2.6 Kiểm tra phù hợp kết cấu…………………………………………… 32 2.2.2.7 Đánh giá mỏi 32 2.2.2.8 Thử tải……………………………………………………………………… 32 2.2.3 Tính chất vật liệu………………………………………………………… 33 2.2.3.1 Cốt thép…………………………………………….………………………… 33 2.2.3.2 Cốt thép dự ứng lực………………………………………………………… 33 2.2.3.3 Bê tông 33 2.2.4 Tải trọng…….…………….…………….…………….……….…………… 33 2.2.5 Phân tích kết cấu……………………………………………………………… 34 2.2.5.1 Phương pháp phân phối……………………………………………………… 34 2.2.5.2 Các giả thuyết chấp nhận 34 2.2.5.3 Chiều dài nhịp tính tốn………….…………….…………….……………… 34 2.2.6 Nhận xét ………….…………….…………….…………….… 35 2.3 Quy trình kiểm định cầu đường ơtơ 22 TCN 243-98…………………… 35 2.3.1 Tổng quan.…………….…………….…………….…………………………… 35 2.3.1.1 Giới thiệu chung …………….…………….…………….………………… 35 2.3.1.2 Các bước kiểm tra đánh giá cầu ………….…………….…………………… 36 2.3.2 Đánh giá kết cấu nhịp dầm thép ………….…………….…………………… 37 2.3.2.1 Quy định chung ……….…………….…………….………………………… 37 2.3.2.2 Xác định khả chịu lực dầm chủ hệ dầm mặt cầu……………… 38 2.3.2.3 Xác định khả chịu lực hệ liên kết dọc, cổng cầu gối cầu……… 48 2.3.2.4 Xét ảnh hưởng hư hỏng khuyết tật ………….…………………… 49 2.3.3 Đánh giá kết cấu nhịp dầm BTCT thường ………….………………………… 50 2.3.3.1 Quy định chung ……….…………….…………….…………….…………… 50 2.3.3.2 Xác định nội lực cho phép hoạt tải gây ………….…………….……… 50 2.3.4 Đánh giá kết cấu nhịp dầm BTCT dự ứng lực………………………………… 53 2.3.4.1 Quy định chung 53 2.3.4.2 Các đặc trưng vật liệu bê tông, cốt thép 53 2.3.4.3 Kiểm toán xác định lực chịu tải 55 2.3.5 Nhận xét………….…………….…………….…………….……….………… 58 2.4 Đánh giá cầu bê tông cốt thép theo AASHTO 59 2.4.1 Giới thiệu chung ………….…………….…………….……………………… 59 2.4.1.1 Triết lý phương pháp đánh giá cầu theo AASHTO …………….……… 59 2.4.1.2 Các mức đánh giá ………….…………….………………………………… 60 2.4.1.3 Chỉ số độ tin cậy đánh giá ………….…………….………………………… 60 2.4.2 Các phương pháp đánh giá ………….…………….…………….…………… 62 2.4.2.1 Đánh giá theo ứng suất cho phép (ƯSCP-ASR) ………….…………….…… 62 2.4.2.2 Đánh giá theo hệ số tải trọng (HSTT-LFR) ………….…………….……… 62 2.4.3 Phương trình đánh giá ………….…………….…………….………………… 62 2.4.3.1 Khái quát ………….…………….…………….…………….……………… 62 2.4.3.2 Đánh giá theo phương pháp ứng suất cho phép (ASR) …………….……… 63 2.4.3.3 Đánh giá theo phương pháp hệ số tải trọng (LFR) ………….…………….… 64 2.4.4 Tình trạng phận cầu ……….…………….…………….………… 64 2.4.5 Các tải trọng ……….…………….…………….…………….………………… 64 2.4.5.1 Tĩnh tải (D)……….…………….…………….……………………………… 65 2.4.5.2 Hoạt tải đánh giá ……….…………………………………………………… 65 2.4.5.3 Tải trọng bánh xe (Mặt cầu) 65 2.4.5.4 Tải trọng xe tải 65 2.4.5.5 Tải trọng xe 65 2.4.5.6 Tải trọng đường hành 65 2.4.5.7 Phân bố tải trọng 66 2.4.5.8 Xung kích ………….…………….…………….…………………………… 66 2.4.5.9 Độ võng gió……………………………………………………………… 66 2.4.5.10 Tải trọng dọc cầu Tải trọng môi trường………………………………… 66 2.4.5.11 Động đất, nhiệt độ Tác dụng dòng chảy 66 2.4.6 Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng (LRFR) 67 2.4.6.1 Công thức đánh giá tải trọng tổng quát 68 2.4.6.2 Hệ thống đánh giá theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng………………… 71 2.4.6.3 Tiêu chuẩn an toàn cho đánh giá theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng… 74 2.4.7 So sánh LRFR LFR 74 2.4.8 Nhận xét……………………………………………………………………… 79 2.5 Kết luận chương………………………………………………………………… 79 CHƯƠNG ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH THEO 22TCN 243-98 VÀ HƯỚNG DẪN CỦA AASHTO (LRFR)…………………………………………………………… 81 3.1 Giới thiệu khái quát cầu Phong Phú……………………………………… 81 3.2 Khái quát nội dung đánh giá 82 3.3 Các đặc trưng hình học vật liệu dầm đánh giá…………………………… 84 3.3.1 Các đặc trưng hình học đo đạc mặt cắt ngang dầm chủ…………… 84 3.3.2 Vật liệu …….…………….…………….…………………… 84 3.3.2.1 Bê tông ………….…………….……………… 85 3.3.2.2 Cốt thép thường …… 85 3.3.2.3 Thép DƯL ……….…………….…… 85 3.4 Đánh giá theo Tiêu chuẩn 22TCN 243-98…………………………………… 86 3.4.1 Tính tốn tĩnh tải ……………………………………………………………… 86 3.4.2 Tính tốn nội lực hoạt tải ………….……………….…………….………… 86 3.4.2.1 Hệ số phân bố ngang………………………………………………………… 87 3.4.2.2 Hệ số xung kích……………………………………………………………… 87 3.4.2.3 Tải trọng tương đương 88 3.4.2.4 Nội lực hoạt tải…………………………………………………………… 88 3.4.2.5 Tổng hợp nội lực ………….…………….…………….…………………… 88 3.4.3 Tính tốn khả chịu lực mặt cắt……………………………………… 89 3.4.3.1 Khả chịu mô men nhịp…………………………………………… 89 3.4.3.2 Khả chịu lực cắt gối ………….…………….……………………… 90 3.4.4 Kết đánh giá …………….…………….…………….…………………… 91 3.5 Đánh giá theo hướng dẫn AASHTO (LRFR)……………………… 92 3.5.1 Tính tốn nội lực tĩnh tải …………….……………….…………….……… 92 3.5.2 Tính tốn nội lực hoạt tải ……….…………….…………….……………… 93 3.5.2.1 Xác định hệ số …………………………………………… 93 3.5.2.2 Tính tốn nội lực hoạt tải ……………………………………………… 95 3.5.3 Tính tốn sức kháng tiết diện ………….…………….…… 98 3.5.4 Kết đánh giá …….…………….…………….…………………………… 101 KẾT LUẬN…………….…………….…………….…………….…………… 104 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO…………….…………….…………….………… 107 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa MỞ ĐẦU Trong trình phát triển đất nước việc đầu tư sở hạ tầng nhu cầu thiết yếu Hạ tầng giao thông huyết mạch, tảng phải trước bước so với sở hạ tầng khác Cùng chung với xây dựng sở hạ tầng đất nước hạ tầng giao thông tỉnh Trà Vinh đầu tư phát triển Hiện tồn Tỉnh có 03 tuyến Quốc lộ, 06 tuyến Đường tỉnh 42 tuyến Đường huyện với tổng chiều dài 939,8 km đường tuyến có 129 cầu Việc đầu tư sở hạ tầng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo khả thông hành, vận chuyển hàng hóa tỉnh, khu vực đảm bảo an ninh quốc phịng Tồn tỉnh có 129 cầu khai thác, cầu bê tơng cốt thép có 85 cầu, cầu thép có 39 cầu cầu liên hợp thép bê tông cốt thép có cầu Đặc điểm hệ thống cầu địa bàn tỉnh Trà Vinh đầu tư mạnh mẽ kể từ tái thành lập tỉnh năm 1992 (được tách từ tỉnh Cửu Long) Trước năm 1992 hệ thống cầu địa bàn tỉnh (khoảng cầu) có cầu Quốc lộ như: cầu Cây Cách, cầu Phú Hòa, cầu Vĩnh Kim, cầu Rạch Lợp Sau thành lập tỉnh, với trình mở cửa đất nước kinh tế ngày phát triển tranh thủ nhiều nguồn vốn khác nên việc đầu tư xây dựng cầu tăng số lượng chất lượng (đa số cầu bê tông cốt thép) đảm bảo giao thông thông suốt Tuy nhiên q trình khai thác có bất cập như: quản lý lỏng lẻo, kiểm tra không thường xuyên thiếu hệ thống, thiếu hụt kinh phí dành riêng cho cơng tác tu bảo dưỡng dẫn đến tuổi thọ cơng trình giảm, gây trở ngại lớn cho vận tải (hạn chế tốc độ, hạn chế tải trọng) Do vấn đề theo dõi trạng đánh giá khả chịu tải hệ thống cầu khai thác cần thiết cấp bách Luận văn Thạc sỹ Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa Để góp phần khắc phục tình trạng trên, đề tài nghiên cứu: Hiện trạng đánh giá khả chịu tải hệ thống cầu khai thác Trà Vinh đặt nhằm mục tiêu sau: Tìm hiểu nghiên cứu số tiêu chuẩn đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT cũ đường ôtô Việt Nam số nước giới Áp dụng đánh giá kết cấu cơng trình cầu cụ thể xây dựng địa phương, so sánh kết đánh giá rút kết luận kiến nghị Trên sở mục tiêu nghiên cứu nhiệm vụ nghiên cứu đề tài là: - Tìm hiểu số tiêu chuẩn đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT đường ôtô số nước giới (Mỹ, Anh, Việt Nam) - Tiến hành đánh giá cơng trình cầu cụ thể địa phương theo hai tiêu chuẩn khác 22 TCN 243-98 Việt Nam AASHTO Mỹ, từ so sánh rút kết luận đề tài Nội dung đề tài PHẦN MỞ ĐẦU: Nêu trạng vấn đề xác lập mục tiêu nội dung nghiên cứu CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Trình bày đặc điểm, tình hình kinh tế xã hội tỉnh Trà Vinh trạng mạng lưới giao thông địa bàn tỉnh CHƯƠNG II ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN Trình bày phương pháp đánh giá chất lượng kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Vương quốc Anh (BD 21/93), phương pháp đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam (22TCN 243-98) phương pháp đánh giá chất lượng kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo Luận văn Thạc sỹ Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa hướng dẫn AASHTO (Mỹ) tương ứng với hệ tiêu chuẩn thiết kế khác CHƯƠNG III ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Lựa chọn cơng trình thực tế xây dựng địa phương để đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam (22TCN 243-98) theo hướng dẫn AASHTO Trên sở so sánh cách đánh 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 đề tài Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy Bộ môn Cầu Trường Đại học GTVT, đồng nghiệp công ty TNHH thành viên quản lý sửa chữa cầu đường 715 Tác giả đặc biệt cảm ơn cô hướng dẫn PGS TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa quan tâm động viên, hướng dẫn trình thực hoàn thành luận án Luận văn Thạc sỹ Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa Trạng thái giới hạn cường độ (theo điều 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: b Lựa chọn hệ số tải trọng (Theo điều 1.3.3, 1.3.4, 1.3.5 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Hệ số Ký hiệu TTGHCĐ TTGH khác =D.R.I Hệ số dẻo D 1,0 1,0 1,0 Hệ số dư R 1,0 1,0 1,0 Hệ số tầm quan trọng I 1,05 1,0 1,05 c Hệ số xe: (Theo điều 3.6.1.1.2 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Số xe m 1,2 1,0 0,85 0,65 d Hệ số phân phối Mômen: (Theo điều 4.6.2.2.1-1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Mặt cắt ngang kiểu (k); Bảng 4.6.2.2.1-1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Đối với dầm giữa: Khi cầu có thiết kế chịu tải: 0, ,1 0,3 S S Kg g1 = 0,06 =0,286 4300 L Lt s Khi cầu có hai nhiều thiết kế chịu tải: 0,6 ,1 0, S S Kg g2 = 0,075 =0,359 2900 L Lt s Luận văn Thạc sỹ 94 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa Đối với dầm biên: Khi cầu có thiết kế chịu tải: sử dụng quy tắc đồn bẩy g1 = 0,063 Khi cầu có hai nhiều thiết kế chịu tải: e = 0,77 de = 0,65 2800 g2 = e.gbên = 0,65x0,359 = 0,233 e Hệ số phân bố ngang cho lực cắt (Theo điều 4.6.2.2.3 tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Đối với dầm giữa: Một thiết kế chịu tải: gv= 0,36 S 7600 = 0,485 Hai thiết kế chịu tải: S S gv= 0,2 = 0,317 7600 10700 Đối với dầm biên: Một thiết kế chịu tải: sử dụng quy tắc đoàn bẩy gv = 0,063 Hai thiết kế chịu tải: e = 0,6 de = 0,489 3000 gv = e.gbên = 0,489x0,317 = 0,155 3.5.2.2 Tính tốn nội lực hoạt tải: Hoạt tải xe ôtô thiết kế quy tắc xếp tải * Hoạt tải xe ô tô thiết kế (Điều 3.6.1.2) Luận văn Thạc sỹ 95 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa - Hoạt tải xe ôtô mặt cầu hay kết cấu phụ trợ (HL-93) gồm tổ hợp : + Xe tải thiết kế hai trục thiết kế + Tải trọng thiết kế Đối với cầu tuyến đường cấp IV thấp Ta xác định tải trọng trục xe thiết kế nhân với hệ số 0,5 0,65 Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, tuyến đường cấp IV tải trọng trục xe thiết kế nhân với 0,65 - Hiệu ứng lực tải trọng thiết kế khơng xét lực xung kích - Quy tắc xếp tải (Điều 3.6.1.3): Hiệu ứng lực lớn phải lấy theo giá trị lớn trường hợp sau : + Hiệu ứng xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng thiết kế (HL93M) + Hiệu ứng xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi điều 3.6.1.2.2 tổ hợp với hiệu ứng tải trọng thiết kế (HL93K) - Đối với mômen âm điểm uốn ngược chiều chịu tải trọng rải nhịp đối phản lực gối lấy 90% hiệu ứng hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe đến trục bánh sau xe 15000 mm tổ hợp 90% hiệu ứng tải trọng thiết kế; khoảng cách trục 145KN mỗt xe tải phải lấy 4300 mm (HL93S) - Các trục bánh xe không gây hiệu ứng lực lớn xem xét phải bỏ qua - Chiều dài xe thiết kế phần mà gây hiệu ứng lực lớn phải chất tải trọng thiết kế * Tải trọng người (PL) Luận văn Thạc sỹ 96 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa - Tải trọng người KN/m2 (Điều 3.6.1.5) phân bố 1,0 m nên tải trọng rải người 3x1,0=3,0 KN/m phải tính đồng thời hoạt tải xe thiết kế * Sơ đồ tính: Sơ đồ tính dầm chủ dầm giản đơn nên khoảng cách trục xe tải thiết kế (Truck) lấy 4,3 m * Cách xếp xe tải lên đường ảnh hưởng: Xếp xe cho hợp lực trục xe trục xe gần cách tung độ lớn đường ảnh hưởng Để xác định nội lực, ta vẽ đường ảnh hưởng cho mặt cắt cần tính xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng Nội lực xác định theo công thức: Đối với mô men: MTruck=pi.yi Pi: Trọng lượng trục xe yi: Tung độ đường ảnh hưởng MTendom=pi.yi MLane=9,3. : Diện tích đường ảnh hưởng MPL=4,5. Đối với lực cắt: Tương tự mô men * Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cường độ I: + Tổ hợp Mô men theo trạng thái giới hạn cường độ I (Điều 3.4.1.1) MU= (1,75MLL+IM +1,75MLP ) + Tổ hợp Lực cắt theo trạng thái giới hạn cường độ I (Điều 3.4.1.1) VU= (1,75VLL+IM +1,75VLP ) Trong : MLL: Mơmen hoạt tải tác dụng lên dầm chủ (đã tính hệ số phân bố ngang) MU: Mơ men tính tốn theo trạng thái giới hạn cường độ I dầm Luận văn Thạc sỹ 97 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa VU: Lực cắt tính tốn theo trạng thái giới hạn cường độ I dầm : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư, quan trọng khai thác xác định theo Điều 1.3.2, = 0,95 IM: Hệ số xung kích IM = 25% Theo Điều 3.4.1-1 * Tổ hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng I: MU=M DC1 + M DC2 + M DW +MLL+IM + MDN VU= VDC1 + V DC2 + V DW +VLL+IM + VDN Bảng 3.10: Bảng nội lực hoạt ti Ký hiu ẵ nhp ẳ nhp 0,8 m Gi 602,121 382,299 137,748 87,459 0 Mô men Cường độ I (KNm) Sử dụng 789,520 501,282 Lực cắt Cường độ I 90,717 167,866 239,465 255,698 (KN) Sử dụng 57,598 106,582 152,042 162,348 Bảng 3.11: Bảng tổng hợp nội lực dầm chủ Ký hiệu ½ nhịp Mơ men Cường độ I (KNm) Sử dụng Lực cắt (KN) ¼ nhịp 1.384,379 1.048,327 0,8 m Gối 237,741 0 Cường độ I 997,935 100,349 754,840 232,292 170,945 352,671 379,732 Sử dụng 57,598 156,196 242,546 261,575 3.5.3 Tính tốn sức kháng tiết diện: Khả chịu mô men mặt cắt dầm: Mr = Mn a h a M n Aps f ps d p 0,85 f c ' (b bw ) 1h f f 2 2 Trong đó: Luận văn Thạc sỹ 98 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa : Hệ số sức kháng qui định điều 5.5.4.2, = 1,0 (BTCT DƯL) Mn: Sức kháng danh định (N.mm) Aps: Diện tích thép ứng suất trước, Aps = 2.936,5 mm2 fps: ứng suất trung bình thép ứng suất trước f ps f pu (1 k k 2(1,04 f py f pu c ) = 1.582,89 Mpa dp ) 2(1,04 0,9 f Pu ) 0,28 f pu c: Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén (mm) c Aps f pu 0,851 f c' b bw h f = 386,25 mm f pu ' 0,85 f c 1bw kAps dp dp: Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm bó thép ứng suất trước, dp = 648 mm a: Chiều dày khối ứng suất tương đương a = c1 = 293,55 mm 1: Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất 1 = 0,85 - [(fc-28)/7]0,05 = 0,76 > 0,65 b: Bề rộng mặt chịu nén tiết diện, b = 952 mm bW: Chiều dày bụng, bW = 227,5 mm hf: Chiều dày cánh chịu nén, hf = 127 mm f'c: Cường độ chịu nén quy định bê tông tuổi 28 ngày, f'c = 40 MPa fpu: Cường độ chịu kéo quy định thép ứng suất trước, fpu = 1.900 MPa Mu: Mơ men tính tốn TTGHCD (KNm) Thay giá trị vào trình tốn ta có Mr = 2329,772 kNm Khả chịu cắt gối: Luận văn Thạc sỹ 99 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa Vr = Vn Trong đó: : hệ số sức kháng lấy sở thống kê lấy theo điều 5.5.4.2, = 0,9 cho tính tốn sức kháng cắt xoắn Vn: sức kháng cắt danh định quy định điều 5.8.3.3 Sức kháng cắt danh định phải xác định trị số nhỏ : Vn1 Vc Vs V p Vn ' Vn 0,25 f c bv d v V p Cụ thể: Vc: Lực cắt bê tông (N) Vc=0,083 f c' bvdv Vs: Lực cắt cốt thép thường (N) Vs Av f y d v cot gq cot ga sin a s Vp: Thành phần lực dự ứng lực hữu hiệu hướng lực cắt tác dụng, dương ngược chiều lực cắt (N) : Hệ số khả bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo theo điều 5.8.3.4, =2 bv: Bề rộng bụng hữu hiệu, lấy bề rộng bụng nhỏ chiều cao dv theo điều 5.8.2.7, bv = 247,5 mm dv: Chiều cao chịu cắt hữu hiệu theo điều 5.8.2.7, dv = 438,48 mm dv = dp-a/2 = 123,93 mm Không nhỏ max(0,9dp=193,5 mm;0,72h=438,48 mm) Av: Diện tích cốt thép chịu cắt cự li s, Av = 314,16 mm2 fy: Giới hạn chảy thép thường (cốt đai), fy = 250 MPa q: Góc nghiêng ứng suất nén chéo theo điều 5.8.3.4, q = 450 Luận văn Thạc sỹ 100 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa a: Góc nghiêng cốt thép ngang trục dọc, a = 900 s: Cự ly thép đai, s = 75mm Tính ta Vr = 515,802 kN 3.5.4 Kết đánh giá: Đánh giá theo LRFR Công thức dùng để đánh giá: RF C DC DC DW DW P P L LL(1 IM ) §èi víi trạng thái giới hạn cờng độ: C = cs.Rn Đối với trạng thái giới hạn sử dụng: C f R 0,45 f c' 0,5 f c' 21,162 Mpa 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 kÕt cÊu DW : HiƯu øng cđa t¶i träng tÜnh líp phđ vμ c¸c bé phËn kh¸c P : Tải trọng lâu di ngoi tải trọng tĩnh LL : Hiệu ứng tải trọng động IM : Hệ số tải trọng động DC : Hệ số tải trọng theo LRFD cấu kiện kết cấu DW : Hệ số tải trọng theo LRFD lớp phđ vμ c¸c bé phËn kh¸c Luận văn Thạc sỹ 101 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc P GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa : HƯ sè t¶i träng theo LRFD tải trọng lâu di ngoi tải trọng tĩnh L : Hệ số tải trọng động ®¸nh gi¸ C : HƯ sè ®iỊu kiƯn s : HƯ sè hƯ thèng : HƯ sè søc kh¸ng theo LRFD Hệ số đánh giá kiểm kê mô men nhịp: RF 0,85 x 2329,772 594,859 1,75 789,520 Hệ số đánh giá kiểm kê lực cắt gối: RF 0,85 x515,802 124,034 1,23 255,698 Hệ số đánh giá khai thác mô men nhịp RF 21,162 x10 (496,653 / 50.213,93 / 10^ 6) 1,13 501,282 / 50.213,93 / 10^ - Kết cấu nhịp khai thác an toàn với tải trọng thiết kế HL93 với hệ số tải trọng trục 0,65 Tải trọng khai thác cầu với hệ số đánh giá 1,13 tương ứng với tải trọng khai thác 23,85 (hiện đơn vị quản lý cắm biển tải trọng cầu phong phú 20 tấn) Nhận xét: - Theo kết tính tốn trên, khả chịu tải cầu đạt yêu cầu hoạt tải dùng để so sánh, kiểm tra theo phương pháp tính quy trình 22TCN 243-98 AASHTO LRFR Tuy nhiên quy trình AASHTO LRFR cho biết hoạt tải tối đa chạy qua cầu (cắm biển tải trọng cho phép qua cầu) - Đánh giá cầu theo hướng dẫn AASHTO theo tiêu chuẩn 22TCN 243-98 có mức độ an tồn xấp xỉ Luận văn Thạc sỹ 102 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa - Từ kết tính tốn đánh giá khả chịu tải kết cấu nhịp cầu Phong Phú, tính tốn đánh giá theo AASHTO hồn tồn so sánh đối chiếu tính tốn đánh giá theo tiêu chuẩn 22TCN 243-98 Trong điều kiện Việt Nam, đánh giá cầu cụ thể theo phương pháp tính tốn lại kết cấu có kể đến trạng sử dụng tiêu chuẩn đánh giá AASHTO tiêu chuẩn 22 TCN 243-98 Luận văn Thạc sỹ 103 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận: Luận án tìm hiểu hệ thống giao thông địa bàn tỉnh Trà Vinh trạng công tác kiểm tra đánh giá cầu hệ thống đường Luận án trình bày nội dung Quy trình thử nghiệm cầu 22TCN 243-98 (Việt Nam); Quy trình BD 21-93 (Anh); hướng dẫn đánh giá cầu theo AASHTO (Mỹ) đưa nhận xét quy trình Qua kết nghiên cứu luận án thấy rằng: - Các cầu BTCT BTCT DƯL chiếm tỉ lệ tương đối lớn hệ thống cầu hệ thống đường Các cầu có nhiều loại kết cấu nhịp khác nhau, nhiều loại mặt cắt ngang khác Được thiết kế thi công theo nhiều thời kỳ khác dựa Tiêu chuẩn thiết kế khác - Công tác kiểm tra đánh giá cầu khai thác nghiên cứu từ lâu giới thu nhiều kết quan trọng Hiện công tác ngày quan tâm Việt Nam bước đầu có kết định Việc tìm hiểu, nghiên cứu so sánh số tiêu chuẩn đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT khai thác đường ôtô Việt Nam số nước giới cần thiết - Công tác kiểm tra đánh giá chất lượng kỹ thuật cơng trình cầu nước quan tâm xây dựng hệ thống tiêu chuẩn từ sớm Công tác kiểm tra đánh giá chất lượng coi nhiệm vụ tổ chức làm cơng 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 công tác kiểm tra, đánh giá biên chế tổ chức làm công tác kiểm định tiêu chuẩn hoá từ thấp đến cao - Việc đánh giá chất lượng kỹ thuật cơng trình để lên kế hoạch, định biện pháp sửa chữa tăng cường thông qua công tác kiểm tra Luận văn Thạc sỹ 104 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa - mức độ giải loại kiểm tra - Cơng trình theo dõi, quan sát đánh giá chất lượng từ xây dựng xong suốt trình khai thác sử dụng lập thành lý lịch lưu trữ đầy đủ Một hệ thống quản lý chất lượng tốt có đầy đủ số liệu thống kê số liệu kiểm tra định kỳ, kiểm định cầu liệu quan trọng cần thiết cho việc đánh giá cầu - Quy trình 22TCN 243-98 sử dụng nhiều kết Quy trình BCH 32-78, phân biệt kết cấu BTCT kết cấu BTCT DUL, thử tải tĩnh động đồng thời Tuy nhiên phần trình bầy nhịp dầm BTCT DUL chưa đầy đủ, thiếu đồng cịn nhiều chỗ trình bầy chung chung - Đánh giá cầu theo AASHTO có số đặc điểm sau: + Các hướng dẫn AASHTO việc kiểm tra đánh giá cầu chi tiết hệ thống, cần phải học tập + Các hướng dẫn đưa mức đánh giá mức đánh giá kiểm kê mức đánh giá khai thác Mức đánh 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, mức đánh giá khai thác xác định hoạt tải tối đa chạy qua cầu (nghĩa cắm biển tải trọng cho phép qua cầu) + Trong hướng dẫn AASHTO đưa khái niệm độ tin cậy kết cấu đánh giá Đây bước phát triển triết lý đánh giá cơng trình + Các hướng dẫn AASHTO đưa nhiều phương pháp đánh đánh giá theo ứng suất cho phép, đánh giá theo hệ số tải trọng đánh giá theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng + Trong hướng dẫn đưa chi tiết loại tải trọng, hệ số sức kháng hệ số tải trọng + Ở nước ta lượng lớn cầu thiết kế theo Tiêu chuẩn AASHTO trước Việc áp dụng hướng dẫn AASHTO để đánh giá Luận văn Thạc sỹ 105 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa chất lượng cơng trình hợp lý Ngồi ra, từ việc thiết kế cầu ta tuân theo Tiêu chuẩn AASHTO 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 đánh giá khả chịu tải cơng trình cầu BTCT DUL cụ thể địa phương (cầu Phong Phú) theo phương pháp tính quy trình AASHTO LRFR, 22TCN 243-98, cho kết tính tốn đạt u cầu hoạt tải dùng để so sánh, kiểm tra II Kiến nghị: - Do điều kiện lịch sử, hệ thống cầu thiết kế thi công theo nhiều tiêu chuẩn quy trình khác nhau, nên đánh giá cầu không xem xét so sánh riêng tải trọng khả chịu tải để kết luận mà phải xem xét đồng thời theo hai phương pháp tiêu chuẩn, quy trình Mục đích cuối hệ số an tồn tính theo tiêu chuẩn, quy trình xem xét - Phương pháp đánh giá dùng phương tiện thiết bị đo đạc kiểm tra với đội ngũ kiểm định viên có trình độ cao, có nhiều kinh nghiệm tận tâm với cơng việc Vì vậy, để tăng cường hiệu kiểm tra đánh giá cầu cần phải tăng cường công tác quản lý, trọng đào tạo nguồn nhân lực cho công tác kiểm định đầu tư thiết bị đại đồng - Trong điều kiện Việt Nam, đánh giá cầu cụ thể theo phương pháp tính tốn lại kết cấu có kể đến trạng nó, mặt nguyên tắc sử dụng tiêu chuẩn đánh giá 22 TCN 243-98, BCH 32-78 đánh giá theo hướng dẫn AASHTO Tuy nhiên điều kiện Bộ GTVT định 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 (LRFR) phù hợp cần thiết Luận văn Thạc sỹ 106 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa 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 Đường tơ LB Nga (1990), Quy trình xác định sức chịu tải kết cấu nhịp rầm BTCT cầu đường 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 điện, Tiêu chuẩn ngành (1992), Quy trình thử nghiệm cầu 22-TCN-170-87, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 5] Bộ Giao thơng vận tải, Tiêu chuẩn ngành (1999), Quy trình kiểm định cầu đường ô tô 22-TCN-243-98, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 6] Bộ Giao thông Vận tải (2003), Tiêu chuẩn kỹ thuật kiểm tra thường xuyên đường bộ, Hà Nội [ 7] 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 [ 8] Trần Đức Nhiệm, 2004, “Vấn đề hạn chế kiểm soát tải trọng xe lưu hành qua cầu đường – Cần tiếp cận giải cách có hệ thống đồng bộ”, Tạp chí GTVT, 11-2004 Hà Nội [9] Nguyễn Viết Trung (2003), Chẩn đốn cơng trình Cầu, Nxb Giao thơng vận tải, Hà Nội [10] Trung tâm kỹ thuật đường (2002) (2007), Báo cáo kết kiểm định cầu Phong Phú Km98+081, Hà Nội [11] AASHTO (1989), Guide Specifications for Strength Evaluation of Existing Steel and Concrete Bridge, Washington D C Luận văn Thạc sỹ 107 Khóa học 2009-2012 SVTH: Lâm Quang Lộc GVHD: PGS-TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa [12] 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 [13] AASHTO (1996), Standard Specifications for Highway Bridges, Washington D C [14] 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 [15] BSI (1990), BS 6089:1981 Guide to Assessment of Concrete Strength in Exiting Strucrures, British Standards Institution, London [16] BD 21/93 (1993), Quality Controlled Document- Highway bridge and Structures, British Standard Institution, London [17] NCHRP: Manual for Condition Evaluation Load Rating of Highway Bridges Using Load and Resistance Factor Philosophy, Washington D.C, May 2001 [18] 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 [19] 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 [20] 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 108 Khóa học 2009-2012
Ngày đăng: 31/05/2023, 08:03
Xem thêm:
