bài giảng khai thác và kiểm định cầu

Trang 1

KHAI THÁC VÀ KIỂM ĐỊNH CẦU

TS Hồ Xuân Nam

TS Trần Thế Truyền

Trang 2

NỘI DUNG CHÍNH

 Giới thiệu chung

 Quản lý và khai thác cầu

 Kiểm định cầu

 Kiểm toán cầu

Trang 3

Kiểm toán cầu

Sửa chữa và tăng

cường cầu

Trang 4

HỆ THỐNG QUẢN LÝ CẦU

KHU QUẢN LÝ ĐB II, IV, V, VII

CÁC SỞ GTVT

ĐOẠN QLĐB

CỤC ĐƯỜNG SẮT

CÔNG TY QLĐS TỔNG CỤC ĐƯỜNG BỘ

Giới thiệu chung

Trang 5

NỘI DUNG QUẢN LÝ CẦU

- Hồ sơ thiết kế.

- Hồ sơ hoàn công.

- Hồ sơ kiểm tra cầu.

- Hồ sơ sửa chữa, tăng cường cầu.

- Mặt cầu, đường vào

cường cầu

Trang 6

HƯ HỎNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BT

Trang 7

HƯ HỎNG KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP

Quản lý và khai

thác cầu

Kiểm định cầu

cường cầu

Trang 8

HƯ HỎNG KẾT CẤU MỐ-TRỤ CẦU

Trang 9

PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ CẦU

 Kiểm tra tổng quát:

 Thực hiện hai năm một lần và kiểm tra bất thường được tiến hành khi có yêu cầu cần thiết như lũ,

lụt, động đất hay tai nạn xảy ra đối với công trình cầu.

 Chủ yếu bằng mắt thường và các thiết bị giản đơn như kính lúp, dụng cụ đo độ mở rộng vết nứt, thước đo dài…

 Phát hiện các hư hỏng trên công trình, tìm nguyên nhân của các hư hỏng, lập hồ sơ kiểm tra sau

đó tiến hành phân loại công trình

 Kiểm tra chi tiết:

 Nếu qua kiểm tra tổng quát công trình được xếp loại D hoặc công trình có những yêu cầu riêng, chẳng hạn để tăng cường cầu, để mở rộng cầu Kiểm tra tất cả các bộ phận cầu.

 Tùy theo yêu cầu có thể dùng các máy đo để đo ứng suất, độ võng, dao động của công trình và

tiến hành thí nghiệm vật liệu để đánh giá chính xác khả năng chịu lực của công trình từ đó tìm ra giải pháp

 Kiểm tra toàn diện:

 Gồm cả việc kiểm tra đối với cầu, kiểm tra môi trường và các công trình xung quanh.

 Chỉ kiểm tra khi công trình có những hư hỏng lớn do tác động của môi trường hoặc của các công trình xây dựng ở gần cầu hoặc để tăng cường và mở rộng cầu cũ mà việc tăng cường hay mở rộng

có thể gây tác động đến môi trường và các công trình xung quanh cầu.

Công tác kiểm tra cầu trong tài liệu của ESCAP (TS ATSUSHI MURAKAMI biên soạn

dựa vào các quy định của Nhật Bản)

thác cầu

cường cầu

Trang 10

 Kiểm tra thường xuyên:

 Trong hai năm đầu từ sau khi xây dựng xong cứ ba tháng kiểm tra một lần, những năm tiếp sau

cứ sáu tháng kiểm tra một lần.

 Phát hiện các hư hỏng xuất hiện ở tất cảc các bộ phận cầu so với lần kiểm tra trước và so với trạng

thái ban đầu từ đó có kế hoạch duy tu, bảo dưỡng hoặc nếu cần thì đề xuất lập kế hoạch kiểm tra chi tiết hoặc sửa chữa cầu.

 Kiểm tra hàng năm:

 Mỗi năm một lần, nên tiến hành vào thời điểm hết mùa mưa lũ, vì khi đó công trình cầu rất dễ có thể xuất hiện các hư hỏng.

 Chủ yếu bằng mắt thường và các thiết bị giản đơn như kính lúp, dụng cụ đo độ mở rộng vết nứt, thước đo dài…

 Đánh giá khả năng khai thác và phân loại cầu, kết quả kiểm tra phải lưu giữ trong hồ sơ quản lý

cầu làm cơ sở cho các lần kiểm tra sau, làm cơ sở để lập kế hoạch sửa chữa nếu cần.

Công tác kiểm tra cầu trong hội thảo Cầu đường Việt – Pháp (quyển 1 “Những vấn đề

chung về công tác kiểm tra các công trình cầu đường”)

Trang 11

 Kiểm tra thường xuyên:

 Sáu tháng hoặc 1 năm kiểm tra một lần.

 Chủ yếu bằng mắt thường và các thiết bị giản đơn như kính lúp, dụng cụ đo độ mở rộng vết nứt,

thước đo dài…

 Kiểm tra đột xuất:

 Kiểm tra sau lũ lụt, động đất, tai nạn ở thời điểm không trùng với kiểm tra thường xuyên.

 Kiểm tra: tất cả các bộ phận cầu.

 Theo định kỳ đối với cầu lớn (năm năm hoặc mười năm một lần)

 Kiểm tra chi tiết ban đầu để lập trạng thái không và đánh giá khả năng khai thác so với thiết kế (có thể gọi là thử tải và lập trạng thái ban đầu)

 Kiểm tra chi tiết thông thường (có thể gọi là kiểm định cầu) để dánh giá khả năng chịu lực của cầu.

Công tác kiểm tra cầu theo quan điểm của Trường Đại học Giao thông Vận tải.

thác cầu

cường cầu

Trang 12

Vị trí cầu, cơ quan quản lý, năm XD, khai thác, tải trọng

TK, khai thác/ Kết cấu bên trên, bên dưới/ Hiện trạng

Đo đạc kích thước, cao độ… để vẽ lại hồ sơ/ Xác định các

hư hỏng và nguyên nhân/ Xác định khả năng chịu tải so với

TK hoặc hiện tại/ Kiến nghị chế độ khai thác, duy tu bão dưỡng, sửa chữa nếu cần/ Cơ sở nghiệm thu cầu mới hay thiết kế tăng cường cầu cũ…/ NCKH

Trang 13

- Ăn mòn, siêu âm.

- Căn cứ lập báo cáo.

- Giới thiệu về cầu.

cường cầu

Trang 14

PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM CẦU

 Thử nghiệm với tải trọng tĩnh:

 Đo các giá trị không tải và có tải (đứng yên)

 Đo lặp ít nhất 3 lần

 Thí nghiệm với tải trọng động:

 Tải trọng ngẫu nhiên chạy qua cầu

 Yêu cầu thời gian đủ dài nhằm xác định các giá trị bất lợi

Trang 15

TẢI TRỌNG DÙNG CHO THỬ NGHIỆM CẦU

 Quy định tải theo Quy trình thử nghiệm cầu 22 TCN-170-87:

 Tải trọng thử nghiệm = HTTC * Hệ số xung kích (TK theo TTGH; theo US cho phép: thêm hệ số 1,2).

 ≥ Tải trọng lớn nhất thông qua trên tuyến (Cầu đường sắt).

 ≥ 80 % (HTTC * Hệ số xung kích) , đối với cầu đường ôtô.

 Sơ đồ tải:

 Theo chiều dọc và ngang cầu  hiệu ứng bất lợi đối với cầu (điều 3.6, điều 3.19).

 Vẽ đường ảnh hưởng đại lượng cần đo.

 Xếp xe theo các sơ đồ bất lợi nhất theo phương dọc cầu.

 Theo phương ngang cầu  sơ đồ đúng tâm hoặc lệch tâm.

 Số xe cần thiết = (Số xe theo phương dọc cầu) x (Số làn xe)

thác cầu

cường cầu

Trang 16

Đoàn tàu tiêu chuẩn T-Z (T10, T14, T18, T22, T26 )

Trang 17

4m 4m

4m 8m

thác cầu

cường cầu

Trang 19

q ng = b le x 410 (kG/m2) b le ≥ 1,5m Với b le là chiều rộng lề đi bộ (m).

thác cầu

cường cầu

Trang 21

cường cầu

Trang 23

cường cầu

Trang 25

ĐO ỨNG SUẤT

 Biến dạng dài:

1

l k n

k

∆ = ∆

Hệ số phóng đại k, hệ số này thường là 1000.

Hệ số điều chỉnh của máy, thường k1 = 0,98 ÷ 1,02

Số vạch chênh lệch trên thang chia là hiệu số của số đọc khi không có tải và số đọc không tải

∆ = −

1 1

l l

cường cầu

Trang 27

Gắn tensomét trên cầu

cường cầu

Trang 28

Cấu tạo lá điện trở

Đo biến dạng bằng lá điện

Trang 29

Các loại điện trở hoa thị

Cầu điện trở Unston

cường cầu

Trang 30

BỐ TRÍ ĐIỂM ĐO ỨNG SUẤT

Theo phương dọc cầu

Theo phương ngang cầu

Trang 31

Theo phương dọc cầu

Theo phương ngang cầu

BỐ TRÍ ĐIỂM ĐO ỨNG SUẤT

KẾT CẤU NHỊP CẦU GIÀN

thác cầu

cường cầu

Trang 32

ĐO ỨNG SUẤT: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐO

y x

M M

N

M M

N

σ σ

Trang 33

thác cầu

 st : ứng suất do tĩnh tải tính toán

 sng: ứng suất tính toán do người đi sinh ra xác định bằng tính toán.

 sđo: ứng suất đo hoặc ứng suất suy ra được từ kết quả đo.

 (1 + µ ): Hệ số xung kích

 nh: Hệ số tải trọng của hoạt tải.

 β : Hệ số làn xe.

 R: Cường độ tính toán của vật liệu.

 Nếu s tc < R chứng tỏ tải trọng thử nhỏ hơn tải trọng có thể khai thác.

 Nếu s tc > R chứng tỏ tải trọng thử lớn hơn tải trọng có thể khai thác.

Trang 34

Trang 35

cường cầu

Máy toàn đạc điện tử Máy thủy bình

Trang 37

BỐ TRÍ ĐIỂM ĐO ĐỘ VÕNG

Theo phương dọc cầu

Theo phương ngang cầu

cường cầu Nếu gối cầu được coi là gối đàn hồi thì chỉ cần phải bố trí đo võng tại mặt cắt cần

đo và tại gối cầu để đo độ lún của gối.

Trang 38

BỐ TRÍ ĐIỂM ĐO ĐỘ VÕNG

Theo phương ngang

cầu

KẾT CẤU NHỊP CẦU GIÀN

Trang 39

KẾT QUẢ ĐO ĐỘ VÕNG: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐO

thác cầu

cường cầu

 Kiểm tra điều kiện độ cứng:

 Kiểm tra điều kiện độ cứng (độ võng) theo 22TCN 18 - 79: fh ≤ [f]

Đối với Cầu đường ôtô và cầu thành phố: [ ]f = 400L

Đối với Cầu đường sắt: [ ] f = 800 L

 Kiểm tra điều kiện độ cứng (độ võng) theo 22TCN 272 - 05:

Tải trọng xe nói chung:

Tải trọng xe hoặc Người đi bộ hoặc cả 2 tải trọng này:

Trang 40

thác cầu

 Kiểm tra điều kiện độ cứng:

 Kiểm tra điều kiện độ cứng (độ võng) theo 22TCN 18 - 79: fh ≤ [f]

Đối với Cầu đường ôtô và cầu thành phố: [ ]f = 400L

Đối với Cầu đường sắt: [ ] f = 800 L

 Kiểm tra điều kiện độ cứng (độ võng) theo 22TCN 272 - 05:

Tải trọng xe nói chung:

Tải trọng xe hoặc Người đi bộ hoặc cả 2 tải trọng này:

Trang 41

thác cầu

cường cầu

 Hệ số phân bố ngang thực đo:

 Trên một mặt cắt ngang khi đo độ võng của tất cả các dầm có thể tính được hệ số phân bố ngang thực đo cho các dầm ở một mặt cắt ứng với từng sơ đồ tải trọng:

K K

i

f f

∑

 Khi các dầm có mômen quán tính khác nhau trong công thức tính hệ số phân bố ngang có xét đến mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với trục vuông góc với mặt phẳng uốn:

.

K K K

Trang 42

Trang 43

ĐO DAO ĐỘNG

 Máy cần điểm đo cố định:

 Loại máy tastogrph, geiger …

 Máy không cần điểm đo cố định:

 Các loại máy NEC-VM551,

cường cầu

Trang 44

BỐ TRÍ ĐIỂM ĐO DAO ĐỘNG: KCN CẦU DẦM

Theo phương ngang

Trang 45

BỐ TRÍ ĐIỂM ĐO DAO ĐỘNG: KCN CẦU GIÀN

thác cầu

cường cầu

Theo phương ngang

cầu

Trang 46

Mố cầu

Trụ cầu

BỐ TRÍ ĐIỂM ĐO DAO ĐỘNG: MỐ TRỤ

Trang 47

KẾT QUẢ ĐO DAO ĐỘNG: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐO

) Hz ( t

cường cầu

Trang 48

 Đối với KCN

 Điều 3.A.17 của quy trình kiểm định cầu trên đường ôtô:

“Kết cấu nhịp phải được kiểm toán về tần số hay chu kỳ của dao động riêng để không xảy hiện tượng cộng hưởng khi có tác động của hoạt tải Với cầu trên đường ôtô, cầu thành phố chu kỳ dao động riêng theo phương thẳng đứng không được nằm trong phạm vi từ (0.45s 0.6s), còn chu lỳ dao động riêng theo phương nằm ngang không được trùng hoặc bằng bội số của chu kỳ dao động riêng theo phương thẳng đứng”

thác cầu

 Quy trình kỹ thuật kiểm định cầu đường sắt không quy định về chu kỳ hoặc tần

số dao động nên đối với cầu đường sắt có thể dựa vào điều 1.53 quy trình Thiết

kế cầu cống theo trạng thái giới hạn:

“Trong kết cấu nhịp dầm kim loại giản đơn của cầu đường sắt chu kỳ dao động tự

Trang 49

 Đối với mố trụ

 Điều 3.A.17 của quy trình kiểm định cầu trên đường ôtô:bảng 3.D.2 điều 3.D.24

quy trình Kiểm định cầu trên đường ôtô hay bảng 6-2, điều 6.10.7 quy trình Kỹ thuật kiểm định cầu đường sắt.

thác cầu

cường cầu

Trang 50

THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU

 Thí nghiệm phá hoại mẫu

 Cầu thép: 4-5 mẫu thử  gia công  thí nghiệm  đặc trưng cơ học.

 Cầu bê tông: 3-4 mẫu thử  gia công mẫu  thí nghiệm  đặc trưng cơ học.

 Thí nghiệm không phá hoại – cầu thép:

 Đo độ cứng không phá hoại của các bộ phận cầu thép.

 Dùng loại thép tương đương  đặc trưng cơ học.

 Dựa trên quan hệ của các đặc trưng cơ học của thép đã được công nhận.

 Thí nghiệm không phá hoại – cầu BTCT

 Súng bật nẩy

 Kiểm tra chiều dày bê tông bảo vệ

Trang 51

THÍ NGHIỆM PHÁ HOẠI MẪU

cường cầu

 Kết cấu nhịp thép

Trang 52

THÍ NGHIỆM PHÁ HOẠI MẪU

thác cầu

 Do lấy mẫu bằng máy khoan nên mẫu có dạng lăng trụ với đường kính từ

70mm đến 100mm

 Trước khi khoan mẫu cần dùng máy dò cốt thép để xác định vị trí cốt thép và

xác định vị trí lỗ khoan, hết sức tránh khoan vào cốt thép nhất là cốt thép chủ

 Trong trường hợp có thể được nên lấy không dưới 3 mẫu.

 Sau khi lấy mẫu phải bù vật liệu vào chỗ đã lấy mẫu, tốt nhất là dùng bêtông

polyme vì co ngót rất ít và dính bám tốt với bêtông cũ.

 Trong phòng thí nghiệm tiến hành cắt hai đầu của lăng trụ để có chiều cao

mẫu thử theo đúng quy định của tiêu chuẩn

 Thử trên máy đối với bêtông chủ yếu là thử nén

 Kết cấu nhịp bê tông cốt thép

Trang 53

thác cầu

cường cầu

THÍ NGHIỆM KHÔNG PHÁ HOẠI MẪU

 Kết cấu nhịp thép

 Quy trình Kiểm định cầu trên đường ôtô, điều 3.A.1 quy định “ Khi không có

số liệu về thép hay kim loại thì có thể sử dụng các đặc trưng cơ lý cũng như

hệ số tương ứng của thép hay kim loại tương đương về thành phần hóa học hay tương đương về độ cứng”

 Thông thường người ta hay dùng sự tương đương về độ cứng để tìm loaị thép

tương đương với trình tự sau:

 Tìm loại thép có loại cứng tương đương, loại thép này đã có kết quả thí nghiệm hoặc ở trên một cầu nào đó đã có số liệu về đặc trưng cơ học.

 Lấy các đặc trưng cơ học của thép có độ cứng tương đương dùng cho cầu đang thí nghiệm.

Trang 54

thác cầu

 Kết cấu nhịp bê tông cốt thép: Xác định cường độ bê tông bằng súng bật nẩy

Trang 55

A – khối bê tông.

a – khoảng cách giữa đầu phát-thu sóng âm

1 - đầu phát sóng âm

2 - đầu thu.sóng âm

t – thời gian truyền sóng âm

h – Chiều sâu đường nứt

t1 – thời gian truyền sóng âm trong BT liên tục

t2 - thời gian truyền sóng.âm trong BT không liên tục

) t

a f(v

Rbt = =

2 1

2 2

t

t 2

cường cầu

 Kết cấu nhịp bê tông cốt thép: Siêu âm bê tông

Trang 56

 Công tác chuẩn bị trước khi thử nghiệm

 Công trình cầu cần tiến hành thử nghiệm có thể nằm ở địa bàn rất xa, địa hình làm việc

và những điều kiện cần thiết như đi lại, ăn ở trong những ngày làm việc chưa rõ ràng thì cần phải bố trí người đi tiền trạm để chuẩn bị trước việc đi lại, ăn ở và công tác làm đà giáo, liên hệ thuê xe tải

 Chuẩn bị các thiết bị đo, mua sắm vật tư thiết bị cần thiết cho quá trình thử nghiệm cầu Đồng thời chuẩn bị các tài liệu các văn bản cần thiết

 Công tác chuẩn bị hiện trường

 Tiến hành lắp dựng đà giáo tại các mặt cắt cần đo

 Bố trí hệ thống đèn chiếu sáng tại các vị trí đo trong trường hợp đo ở trong hộp dầm

điều kiện ánh sáng tự nhiên không đảm bảo

 Vận chuyển các thiết bị đo đến vị trí đo

 Vệ sinh các điểm đo bằng giấy ráp và rửa qua bằng axeton

 Gá lắp và chạy thử thiết bị đo.

 Đánh dấu các vị trí xếp tải.

 Tiến hành thử nghiệm

Trang 57

thác cầu

cường cầu

BÁO CÁO KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH

 Căn cứ lập báo cáo

 Giới thiệu chung về công trình cầu

Trang 58

thác cầu

BÁO CÁO KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH

 Kết quả đo

 Điều 4.B.4 quy trình Kiểm định cầu trên đường ô tô có khuyến nghị “Theo số liệu của nhiều lần thử nghiệm tĩnh, các giá trị của hệ số k đối với các kết cấu chịu lực chủ yếu và các chi tiết của chúng, thường vào khoảng 0.7 đến 1, còn với chi tiết của kết cấu nhịp mà không tính sự làm việc đồng thời của dầm (dàn) chủ với các chi tiết phần

xe chạy và áo đường thì từ 0.5 đến 0.7”

 Điều 4.B.5 khuyến nghị: “ Các giá trị của k mà lớn hơn 1 thì chứng tỏ đã có sự sai lệch rõ rệt giữa sự làm việc của các chi tiết của công trình với với các giả thiết đã chấp nhận trong tính toán Trong các trường hợp này cần phải làm sáng tỏ nguyên nhân của các sai lệch đó và đề ra các biện pháp để đảm bảo cho các chi tiết được chắc chắn

 Nếu giá trị của k nhỏ (nhỏ hơn 0.5) có thể chỉ ra là trong công trình hay trong các chi tiết của nó còn có dự trữ khả năng chịu lực Khả năng tận dụng các dự trữ này có thể được xem xét, sau khi nghiên cứu các nguyên nhân thu được các giá trị thấp của k

 Điều 4.B.6 có nêu “Các giá trị của hệ số k tìm được theo các trị số ứng suất thô lớn nhất, trong một số trường hợp có thể lớn hơn 1 do có sự tập trung ứng suất, sự tác

Định dạng
Số trang	138
Dung lượng	12,67 MB