Phân tích đánh giá hiệu quả công tác sửa chữa tăng cường một số công trình cầu khu vực nam bộ bằng vật liệu polyme, tấm polyme cốt sợi luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGUYỄN CHÍ DŨNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÔNG TÁC SỬA CHỮA TĂNG CƯỜNG MỘT SỐ CƠNG TRÌNH CẦU KHU VỰC NAM BỘ BẰNG VẬT LIỆU POLYME, TẤM POLYME CỐT SỢI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGUYỄN CHÍ DŨNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CƠNG TÁC SỬA CHỮA TĂNG CƯỜNG MỘT SỐ CƠNG TRÌNH CẦU KHU VỰC NAM BỘ BẰNG VẬT LIỆU POLYME, TẤM POLYME CỐT SỢI Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm Mã số: 60.58.25 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NGỌC LONG Hà Nội - 2014 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LỜI CẢM ƠN Sau thời gian năm tham gia chương trình đào tạo sau đại học chuyên ngành Cầu – Hầm Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội, nhờ quan tâm Quý Thầy cô giáo Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sỹ,… Trường đại học Giao thơng Vận tải nhiệt tình truyền đạt cho thân nhiều kiến thức chuyên môn nghiệp vụ Cầu đường Để hoàn thành luận văn tơi nhận nhiều đóng góp ý kiến, cung cấp tài liệu tham khảo giúp đỡ nhiệt tình thầy cơ, bạn bè trường Đại học Giao thông vận tải Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn thầy, giáo Bộ môn Cầu - Hầm thuộc trường Đạo học Giao thông vận tải, giảng viên: PGS TS Nguyễn Ngọc Long, PGS TS Trần Đức Nhiệm, GS.TS Nguyễn Viết Trung… tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Đặc biệt thời gian làm luận văn thạc sỹ kỹ thuật hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt thành giảng viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến q thầy giáo, người giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Do kiến thức chuyên môn điều kiện nghiên cứu nhiều hạn chế nên Luận văn cịn thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp Q thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hồn thiện làm tư liệu hữu ích q trình cơng tác tơi sau Tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên: Nguyễn Chí Dũng Lớp Cao học Xây dựng Cầu – Hầm K20.1 THỰC HIỆN: NGUYỄN CHÍ DŨNG LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở CÁC TỈNH KHU VỰC NAM BỘ VÀ CÔNG TÁC TĂNG CƯỜNG SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH CẦU HIỆN NAY 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP KHU VỰC NAM BỘ 1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển cầu bê tông cốt thép nước ta 1.1.2 Đặc điểm hệ thống cầu bê tông cốt thép cũ tỉnh khu vực Nam Bộ 1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.2.1 Một số hư hỏng thường gặp cầu bê tông cốt thép 1.2.2 Các nguyên nhân gây hư hỏng cầu bê tông cốt thép 12 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA VÀ TĂNG CƯỜNG NĂNG LỰC CHỊU TẢI CHO KẾT CẤU CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP CŨ 16 1.3.1 Phương pháp bù tiết diện vật liệu truyền thống bê tông polyme 16 1.3.2 Phương pháp gia cường dán thép 17 1.3.3 Phương pháp sử dụng dự ứng lực 18 1.3.4 Phương pháp sử dụng composite cường độ cao 20 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 22 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE CỐT SỢI CARBON, MƠ HÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU VÀ ỨNG DỤNG TRONG TĂNG CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 24 2.1 CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU POLYME, TẤM POLYME CỐT SỢI 24 2.1.1 Sự hình thành phát triển vật liệu FRP giới Việt Nam 24 2.1.2 Khái quát loại vật liệu FRP 28 2.1.3 Các đặc trưng học vật liệu FRP 40 THỰC HIỆN: NGUYỄN CHÍ DŨNG LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI 2.2 MƠ HÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐƯỢC GIA CƯỜNG BỞI VẬT LIỆU POLYME 46 2.2.1 xây dựng mơ hình làm việc vật liệu FRP kết cấu nhịp dầm btct dự ứng lực tăng cường 46 2.2.2 Thiết lập, xâu dựng mơ hình tính tốn nhịp cầu BTCT tăng cường vật liệu FRP 49 2.3 CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VẬT LIỆU CFRP TRONG TĂNG CƯỜNG SỬA CHỮA CẦU 60 2.3.1 Phương pháp tăng cường thụ động 63 2.3.2 Phương pháp tăng cường chủ động 66 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 69 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CƠNG TÁC SỬA CHỮA TĂNG CƯỜNG MỘT SỐ CƠNG TRÌNH CẦU KHU VỰC NAM BỘ BẰNG TẤM POLYME CỐT SỢI 71 3.1 PHÂN TÍCH CƠNG TÁC SỬA CHỮA NÂNG CẤP CẦU TRẦN HƯNG ĐẠO – TP.PHAN THIẾT,TỈNH BÌNH THUẬN 71 3.1.1 Giới thiệu chung trạng cơng trình trước nâng cấp sửa chữa 71 3.1.2 Sơ đồ chất tải đo ứng suất,độ võng dao động kết cấu nhịp sau tăng cườngbằng vật liệu composite cốt sợi Carbon, bổ sung dầm ngang 74 3.1.3 Bố trí điểm đo ứng suất, dao động độ võng 75 3.1.4 Kết đo đánh giá lực khai thác cầu sau tăng cường 77 3.2 PHÂN TÍCH CƠNG TÁC SỬA CHỮA NÂNG CẤP CẦU SA ĐÉC – TX.SA ĐÉC ,TỈNH ĐỒNG THÁP 78 3.2.1 Giới thiệu chung trạng cơng trình trước nâng cấp sửa chữa 78 3.2.2 Sơ đồ chất tải đo ứng suất, độ võng dao động kết cấu nhịp sau gia cườngbằng vật liệu composite cốt sợi Carbon căng cáp DƯL ngang 81 3.2.3 Bố trí điểm đo ứng suất, độ võng dao động 82 THỰC HIỆN: NGUYỄN CHÍ DŨNG LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI 3.2.4 Kết đo đánh giá lực khai thác cầu sau tăng cường 84 3.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÔNG TÁC TĂNG CƯỜNG SỬA CHỮA THEO CÔNG NGHỆ MỚI 85 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CỦA LUẬN VĂN 88 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 THỰC HIỆN: NGUYỄN CHÍ DŨNG LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thơng số số loại keo 33 Bảng 2.2: Đặc trưng lý số loại cốt sợi 34 Bảng 2.3: Đặc trưng học số loại FRP phổ biến 44 Bảng 2.4: hệ số triết giảm môi trường 51 THỰC HIỆN: NGUYỄN CHÍ DŨNG LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cầu Sài Gịn xây dựng từ trước năm 1975 Hình 1.2: Cầu Trần Hưng Đạo-TP.Phan Thiết xây dựng từ năm 1970 Hình 1.3: Cầu Sa Đéc tỉnh Đồng Tháp với kết cấu nhịp dạng giản đơnT 24.7m Hình 1.4: Hư hỏng dầm biên cầu Trần Hưng Đạo, tỉnh Bình Thuận 10 Hình 1.5: Dầm cầu Mương Chuối, huyện Nhà Bè bị hư hỏng tàu biển đứt neo trôi dẫn đến va chạm 11 Hình 1.6:Cầu Sài Gịn nối liên tục nhịp cơng nghệ DƯL ngồi 19 Hình 1.7: Tăng cường dầm cầu Trần Hưng Đạo với vật liệu composite 20 Hình 2.1: Công nghệ FRP ứng dụng tăng cường kết cấu cầu 27 Hình 2.2: Cấutạo điển hình vật liệu composite 29 Hình 2.3: Biểu đồ đặc trưng lý FRP với dạng epoxy khác 33 Hình 2.4: Dạng cuộn kiểu sợi dạng cuộn kiểu vải dệt 35 Hình 2.5: Dạng mỏng 35 Hình 2.6: FRP có dạng tao xoắn 38 Hình 2.7: FRP có dạng có gân tương tự với cốt thép thường 38 Hình 2.8: FRP có dạng ống tương tự ống thép sử dụng xây dựng 39 Hình 2.9: Dạng 39 Hình 2.10: Biểu đồ so sánh đặc trưng quan hệ ứng suất biến dạng số loại vật liệu 45 Hình 2.11: Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng bê tơng 46 Hình 2.12: Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng số loại thép 47 Hình 2.13: Mơ hình vật liệu cốt thép tính tốn kết cấu 47 Hình 2.14: Đường cong ứng suất – biến dạng điển hình số sản phảm FRP 48 THỰC HIỆN: NGUYỄN CHÍ DŨNG LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình 2.15: Giải pháp gia cường thụ động 63 Hình 2.16: Giải pháp gia cường khả chịu cắt 63 Hình 3.1: Hiện trạng cầu Trần Hưng Đạo trước nâng cấp 71 Hình 3.2: Cơng tác tăng cường dầm cầu Trần Hưng Đạo vật liệu composite cốt sợi Carbon 73 Hình 3.3: Xếp xe theo phương dọc cầu 74 Hình 3.4: Xếp xe theo phương ngang cầu tâm 74 Hình 3.5: Xếp xe theo phương ngang cầu lệch tâm 74 Hình 3.6: Bố trí điểm đo ứng suất tĩnh dầm chủ 75 Hình 3.7:Bố trí điểm đo ứng suất động dầm chủ 76 Hình 3.8: Bố trí điểm đo độ võng dầm chủ 76 Hình 3.9: Bố trí điểm đo dao động kết cấu nhịp 77 Hình 3.10: Cầu Sa Đéc, thị xã Sa Đéc – tỉnh Đồng Tháp 79 Hình 3.11: Công tác tăng cường dầm cầu Sa Đéc theo công nghệ 81 Hình 3.12:Sơ đồ tải trọng 82 Hình 3.13: Sơ đồ tải trọng 82 Hình 3.14: Sơ đồ bố trí điểm đo ứng suất tĩnh dầm chủ 83 Hình 3.15: Sơ đồ bố trí điểm đo độ võng tĩnh dầm chủ 83 Hình 3.16: Bố trí điểm đo dao động 84 Hình 3.17: Tải trọng cầu trước sau gia cường 86 THỰC HIỆN: NGUYỄN CHÍ DŨNG LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ: Công tác tu, sửa chữa cơng trình cầu bê tơng cốt thép vấn đề có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật lớn nước ta Hàng năm, theo số liệu Cục Đường Việt nam, phải bỏ khoản kinh phí tới hàng chục tỷ đồng cho công việc Tại khu vực đồng Nam Bộ, với hệ thống mạng lưới sơng ngịi dày đặc kéo theo nhu cầu xây dựng cơng trình vượt sơng, phục vụ phát triển kinh tế sau thời kỳ hậu chiến tranh lớn Cùng với cầu xây dựng thời kỳ chiến tranh, đặc trưng cho phần lớn kết cấu nhịp cầu xây dựng khu vực Nam Bộ thời kỳ sơ đồ nhịp giản đơn, với dạng dầm bê tông cốt thép chữ T, I, gác giản đơn lên bệ mố trụ.Việc xây dựng ạt công trình cầu dẫn đến vấn đề đảm bảo chất lượng cơng trình q trình thi cơng, cộng thêm số yếu tố như: tải trọng khai thác vượt tải trọng cho phép, điều kiện khí hậu khắc nghiệt, yếu tố thời gian, tồn số lượng lớn công trình cầu xuống cấp cần thiết tăng cường sửa chữa, chí thay Vì vấn đề tìm phương pháp sửa chữa tăng cường tối ưu cho cầu trở nên cần thiết để đảm bảo an toàn giao thông Một số phương pháp sửa chữa tăng cường cầu bê tông ứng dụng thực tế Trong với phát triển cơng nghệ chất dẻo tăng cường băng cốt sợi ({Fiber Reinforced Pvlyme - FRP) nghiên cứu phát triển ứng dụng thực tế mang lại lựa chọn hấp dẫn so với phương pháp dán thép tăng cường dự ứng lực Vật liệu có tính kháng ăn mịn, trọng lượng nhẹ, tỷ lệ sức bền trọng lượng cao đồng thời không dẫn nhiệt dẫn điện Tuy nhiên tính giịn dẻo THỰC HIỆN: NGUYỄN CHÍ DŨNG LỚP: CH CẦU HẦM – K20.1 LUẬN VĂN THẠC SỸ 77 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI  Thẳng đứng (Đ1);  Nằm ngang ngang cầu (Đ2) ;  Nằm ngang dọc cầu (Đ3)  Tồn cầu có nhịp x = 27 điểm đo dao động kết cấu nhịp Ð1 Ð2 Ð3 Hình 3.9: Bố trí điểm đo dao động kết cấu nhịp 3.1.4 Kết đo đánh giá lực khai thác cầu sau tăng cường Kết tính tốn đánh giá lực khai thác cầu sau tăng cường:  Quá trình kiểm tra chi tiết, kiểm định thử tải tiến hành điều kiện thời tiết bình thường khơng phát ứng xử bất thường kết cấu  Kết đo ứng suất pháp tĩnh:  Với cấp tải trọng 13T, Ứng suất lớn đo là: 15.096 Mpa; Tổng ứng suất bất lợi: 15.096 + 69.64 = 84.74 Mpa