Nghiên cứu và trang bị các phương pháp kiểm tra, đánh giá cầu dây văng btct để có thể áp dụng trong việc quản lý, bảo dưỡng các cầu dây văng btct ở việt nam

1 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển nhanh chóng mạnh mẽ việc sử dụng cầu dùng hệ thống dây văng, việc đưa vấn đề kiểm tra đánh giá bảo dưỡng cầu dây văng có ý nghĩa quan trọng, nhằm đảm bảo công trình ln trì trạng thái ổn định an tồn vận tải đồng thời kéo dài tuổi thọ cơng trình Cũng tất cơng trình khác, cơng trình giao thơng ảnh hưởng mơi trường, suy giảm lão hố vật liệu, thay đổi điều kiện sử dụng theo thời gian bị hư hỏng Công tác bảo dưỡng sửa chữa chủ yếu vào công tác kiểm tra nhằm phát hư hỏng, khuyết tật trước chúng phát triển thành trầm trọng địi hỏi cơng việc sửa chữa tốn Đây biện pháp để đạt hiệu kinh tế cao Vậy công tác kiểm tra sử dụng biện pháp kỹ thuật để khảo sát đánh giá điều kiện làm việc cơng trình, định biện pháp sửa chữa hay tăng cường hư hỏng hay khuyết tật có cơng trình Chính công tác theo dõi thường xuyên, kiểm tra chi tiết kiểm tra đặc biệt cơng trình bê tông cốt thép bê tông dự ứng lực để sở định biện pháp tu, bảo dưỡng, sửa chữa tăng cường công trình lúc vơ quan trọng cơng tác quản lý Cho đến nay, trọng đến công tác xây dựng mà chưa trọng thoả đáng đến việc theo dõi, kiểm tra, tu bảo dưỡng cơng trình cầu, có cầu dây văng Trong năm gần đây, cầu dây văng xây dựng ngày nhiều Việt nam giới Cho đến có hàng chục cầu dây văng xây dựng Việt Nam cầu Mỹ Thuận, cầu Kiền, cầu Bính, cầu Bãi Cháy, cầu Rạch Miễu, cầu Cần Thơ, cầu Phú Mỹ tới có số cầu dây văng đưa vào khai thác cầu Nhật Tân, cầu Trần Thị Lý Để công trình cầu dây văng có tiếp tục khai thác tốt, công tác kiểm tra tu bảo dưỡng cơng trình cầu loại cần quan tâm mức Kết cấu cầu dây văng mảnh, chịu ảnh hưởng lớn từ tác động bên ngoài, việc kiểm soát đánh giá trạng thái làm việc phận khó khăn phức tạp Mặt khác, trình khai thác tác động nhiều yếu tố môi trường, tải trọng tác động khác làm cho phận kết cấu cầu bị hư hỏng bị suy giảm cường độ bêtông, cốt thép thường cốt thép DUL bị ăn mịn gây gỉ, đứt Do để quản lý khai thác cầu cách có hiệu điều kiện kinh tế Việt Nam, cần nghiên cứu phương pháp kiểm tra đưa tiêu chí đánh giá sở thu thập số liệu kiểm tra cần thiết Mục đích đề tài nghiên cứu trang bị phương pháp kiểm tra, đánh giá cầu dây văng BTCT để áp dụng việc quản lý, bảo dưỡng cầu dây văng BTCT Việt nam Nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu chế suy giảm độ bền bê tơng, ăn mịn cốt thép kết cấu bê tông cốt thép cầu dây văng BTCT - Nghiên cứu phương pháp kiểm tra cầu dây văng BTCT, nghiên cứu phương pháp đánh giá cầu để áp dụng đánh giá số phận cầu dây văng BTCT - Lựa chọn biện pháp quản lý, tu bảo dưỡng cầu dây văng Nghiên cứu thực nghiệm: - Trên sở phương pháp kiểm tra đánh giá cầu, ứng dụng phương pháp vào nghiên cứu kết thực tế Nội dung luận án có cấu trúc gồm phần mở đầu chương: Chương 1: Tổng quan kế t cấ u và các hư hỏng của cầ u dây văng BTCT Chương 2: Các phương pháp kiểm tra, đánh giá kế t cấ u cầu dây văng BTCT Chương 3: So sánh, lựa chọn phương án đo lực dây văng - Kết đo số cầu Tiếp đến phần kết luận kiến nghị nghiên cứu tiếp cuối danh mục tài liệu tham khảo CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ CÁC HƯ HỎNG CỦA CẦU DÂY VĂNG BTCT 1.1 KHÁI NIỆM VỀ KẾT CẤU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CẦU DÂY VĂNG BTCT 1.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Cầu dây văng có ưu điểm nhiều mặt nên nhanh chóng áp dụng tồn giới Tính đa dạng đặc điểm quan trọng cầu dây văng mà hệ thống cầu khác có Tính đa dạng cầu dây văng thể chiều dài nhịp, số lượng nhịp khác khả thay đổi dáng vẻ, sơ đồ phân bố dây số lượng mặt phẳng dây mà đảm bảo tiêu kinh tế kỹ thuật tốt Ngoài thiết kế cầu dây văng kỹ sư, kiến trúc sư sáng tạo nhiều dáng vẻ độc đáo, tạo thành cơng trình kiến trúc thể phát triển khoa học trí tuệ người Cầu dây văng hệ khơng biến dạng hình học có độ cứng lớn Hệ làm việc dầm cứng tựa gối đàn hồi dây văng Tăng số lượng gối đàn hồi không làm tăng mô men uốn dầm cứng đặc biệt tác dụng tĩnh tải mô men uốn dầm cứng gần triệt tiêu Do cầu dây văng vượt nhịp lớn mà lượng vật liệu tăng không đáng kể Cầu dây văng làm việc dàn có biên cứng chịu nén uốn, dây văng làm việc gối đàn hồi trung gian chịu kéo nên làm thép cường độ cao, dầm cứng chịu nén nên áp dụng vật liệu bê tơng cốt thép Tuy nhiên gối đàn hồi lại không trực tiếp truyền phản lực xuống đất mà thông qua tháp cầu truyền xuống trụ Do nguyên tắc mố trụ cầu dây văng chịu toàn tĩnh hoạt tải cầu 1.1.2 KẾT CẤU CẦU DÂY VĂNG BTCT 1.1.2.1 Cấu tạo chung sơ đồ kết cấu nhịp 1.1.2.1.1 Cầu dây văng nhịp Cầu dây văng nhịp có hai tháp cầu dựng hai mố, dầm chủ nhịp tựa lên hai gối cứng mố gối đàn hồi điểm neo dây văng, từ đỉnh tháp dây neo liên kết vào mố neo đặt sâu đường Về sơ đồ kết cấu hệ làm việc dầm liên tục tựa gối đàn hồi trung gian điểm neo dây gối cứng mố, hệ có đặc điểm chịu lực giống cầu dây văng ba nhịp Trên mố đỡ dầm cần bố trí gối cố định gối di động Gối cố định chịu lực ngang có tải trọng khơng đối xứng Như cầu dây văng nhịp mố neo trụ chịu lực ngang Dầm cứng ngồi chịu uốn cịn chịu lực dọc thay đổi dấu gây bất lợi cho việc áp dụng dầm cứng BTCT 1.1.2.1.2 Cầu dây văng hai nhịp Cầu dây văng hai nhịp có nhịp nhau, tháp cầu bố trí giữa, dây văng bố trí đối xứng qua tháp cầu Nếu cầu khơng có dây neo vào mố dây văng chủ yếu chịu tĩnh tải, để tăng cường khả chịu hoạt tải bố trí hai dây neo vào mố Khi hệ đối xứng dây neo không chịu kéo tác dụng tĩnh tải nên để tránh dây chịu nén tác dụng hoạt tải nhịp dây neo cần căng trước với nội lực đủ để khắc phục lực nén lớn xẩy Ngồi cịn dùng tháp cầu cứng để hạn chế chuyển vị ngang tháp Cũng dùng hệ hai nhịp có nhịp khơng nhịp lớn có số khoang lớn hơn, nhịp nhỏ bố trí dây neo vào mố 1.1.2.1.3 Cầu dây văng ba nhịp Sơ đồ ba nhịp có nhịp biên ngắn không đỡ dây văng có độ cứng gối đàn hồi lớn dây neo có chiều dài ngắn Nhịp biên làm việc dầm liên tục chịu uốn ngồi cịn chịu lực nén dây văng truyền vào Về mặt học cầu dây văng ba nhịp dầm liên tục tựa gối cứng gối đàn hồi nút neo dây văng 1.1.2.2 Bớ trí dây văng Mét d©y Hai d©y Ba d©y Nhiều dây Kết hợp Đồng quy Song song Rẻ quạt H×nh Hình 1.1 Các sơ đồ bố trí dây văng Theo cách phân bố dây văng, sơ đồ bố trí dây văng thể chia thành loại bản: đồng quy, song song, rẽ quạt hình Sơ đồ dây đồng quy sơ đồ dây rẽ quạt có hiệu cho hệ kết cấu hồn tồn xếp giống tam giác Ngược lại, sơ đồ dây song song chủ yếu chứa hình tứ giác, phải tăng độ cứng dầm chủ hay cột tháp để chịu lực không Trong sơ đồ dây đồng quy, sợi cáp liên kết từ hệ mặt cầu đến điểm đỉnh cột tháp Kết lực uốn tháp nhỏ, lại phải chịu đựng lực chống gập Điều dẫn đến việc cột tháp phải có độ cứng lớn Tuy nhiên, cầu lớn với nhiều dây văng, việc bố trí tất neo đỉnh tháp gặp nhiều khó khăn Trong sơ đồ song song, dây văng lắp song song với làm cho cầu có tính thẩm mỹ Mặt khác, lực căng cáp phân bố theo chiều cao cột tháp làm giảm mô men uốn cột tháp Sơ đồ bố trí dây văng giải pháp có lợi cho cầu có nhịp đến gần 200m, đặc biệt nơi tính thẩm mỹ đóng vai trò quan trọng Hiệu sơ đồ song song với sơ đồ dây đồng quy, tiết diện ngang cần thiết cột tháp nhỏ Trong cầu dây văng đại, hệ thống dây văng bao gồm nhiều loại dây văng khác nhau, dây văng bao gồm loại cáp chế tạo cho đủ chiều dài tiết diện dây văng Để đạt bố trí dây văng này, cịn tăng lên cách thêm trụ trung gian nhịp biên Trong sơ đồ rẽ quạt, khoảng cách điểm neo cáp phần cột tháp phân bố đồng Điều làm cho việc lắp đặt neo trở nên dễ dàng so với sơ đồ đồng quy Không cần thiết phải bố trí dây văng gần Do đó, khoảng cách điểm neo dây văng dầm chủ thường nằm khoảng từ đến 15m 1.1.2.3 Mă ̣t phẳ ng dây Trong mặt cắt ngang, hệ thống dây văng thường bố trí mặt phẳng thẳng đứng đường tim cầu, hai mặt phẳng thẳng đứng hai mặt nghiêng (a) (b) (c) Hình 1.2 Mặt phẳng cáp a) Một mặt phẳng b) Hai mặt phẳng đứng c) Hai mặt phẳng nghiêng Trong cầu mặt phẳng dây, dây văng thường neo đường tim hệ mặt cầu Cầu chủ yếu chịu tải trọng theo phương đứng khả chịu xoắn Do đó, hệ dầm phải chịu xoắn tốt để chịu lực lệch tâm, chẳng hạn xe chạy bên cầu Để đạt yêu cầu độ cứng chống xoắn cao, dầm phải chế tạo theo dạng hình hộp (a) Trong cầu hai mặt phẳng dây (đứng xiên), dây văng neo dọc theo hai bên hệ mặt cầu Trong trường hợp này, hệ dây văng chịu tải trọng đứng xoắn Do đó, người thiết kế khơng cần thiết phải bố trí hệ dầm có độ cứng chống xoắn tốt Vì thế, hệ dầm dầm I đơn, I kép liên kết trực tiếp với hệ dây văng (b) Trong cầu dây văng nhịp lớn, nơi dễ bị ảnh hưởng ổn định khí động học, dầm hộp với hai mặt phẳng dây đem lại nhiều ưu điểm làm cho hình dạng dầm có tính khí động học tốt (c) Tuy nhiên, nên nhấn mạnh rằng, hình dạng hình 8c dùng cho cầu có nhịp lớn (trên 500m) cho cầu có tỷ lệ chiều cao chiều dài nhịp nhỏ (dưới 1/25) 1.1.2.4 Các phận chủ yếu 1.1.2.4.1 Tháp cầu Trong cầu dây văng tháp phận quan trọng có tính định tiêu KTKT độ an tồn cơng trình Tháp cầu chịu toàn tĩnh hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp, thông qua trụ truyền tải trọng xuống đất Tùy theo kích thước liên kết tháp với trụ móng cầu theo chiều dọc, phân biệt hai loại: tháp mềm tháp cứng Tháp mềm có kích thước theo chiều dọc cầu tương đối nhỏ, độ cứng bé, khả chịu uốn tháp cầu có liên kết khớp với trụ coi mềm khơng phụ thuộc vào kích thước tiết diện Chuyển vị ngang đỉnh tháp theo phương dọc cầu chủ yếu dựa vào độ cứng chịu kéo dây neo Dây neo thường liên kết cố định đầu vào đỉnh tháp cầu, đầu vào dầm cứng mố trụ Như theo phương dọc cầu, tháp mềm làm việc có đầu liên kết khớp với dây neo đầu ngàm liên kết khớp với trụ Tháp cầu mềm làm thép BTCT Tháp cầu đơn giản có dạng hai cột thẳng đứng tạo thành khung hở ngàm vào thân trụ vào dầm chủ, cột tháp nằm mặt phẳng dây làm việc chịu nén uốn theo phương ngang có đầu ngàm đầu tự Tháp cầu dạng khung kín tạo điều kiện giảm chiều dài tự chịu nén dọc nên giảm chiều dày tiết diện cột tháp mà đảm bảo khả chịu lực ổn định Tháp cứng có kích thước tiết diện ngang lớn, độ cứng theo phương dọc cầu đủ lớn để hạn chế chuyển vị ngang đỉnh tháp chịu lực ngang dây văng Do tháp cứng phải liên kết cứng với trụ ngun tắc khơng cần dây neo Tháp cứng chịu tải có đầu ngàm, đầu tự chịu nén uốn Để đảm bảo độ cứng ngang hạn chế đến mức tối thiểu chuyển vị ngang đỉnh tháp tiết kiệm vật liệu, tháp cầu cấu tạo dạng A Y ngược Hình dáng tháp cầu thể khái niệm tổng thể kết cấu Hình dáng tháp cầu ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ tính kinh tế dự án đặc trưng ứng xử tĩnh động Có nhiều cải tiến từ dạng này, dạng có ưu nhược điểm tính mỹ thuật riêng Hình dạng cột tháp có liên quan mật thiết đến cách bố trí dây văng chức cột tháp để đỡ hệ dây văng Hình 1.3 Ba dạng tháp cầu Trong cầu mặt phẳng dây, tháp cầu thiết kế thẳng đứng dạng chữ Y ngược Tháp thẳng đứng hệ mặt cầu dùng cho sơ đồ dây song song sơ đồ dây rẽ quạt, tháp chữ Y ngược lại đòi hỏi sơ đồ rẽ quạt cải tiến Tháp thẳng đứng phải có điểm neo cứng với hệ dầm chủ lẫn trụ cầu để đạt ổn định với tải trọng lệch tâm Trong cầu hai mặt phẳng dây theo phương thẳng đứng, tháp cầu bao gồm hai cột thẳng đứng có dạng cột tháp chữ H Theo điều kiện gối đỡ đầu dầm dạng bố trí dây văng, cột tháp dạng chữ H gần phù hợp với cột tháp chủ Y ngược Với cầu có hai mặt phẳng dây xiên, đa số người thiết kế chọn tháp chữ A kết hợp với sơ đồ bố trí dây rẽ quạt Ngồi ra, nhiều tổ hợp khác mặt lý thuyết áp dụng cho cầu dây văng Do cột tháp chịu tác động lực căng dây văng thành phần lực nén uốn khác, tháp cầu thường chế tạo từ bê tông, thép tổ hợp bê tông thép Trong kết cấu tổ hợp, kết cấu bên thép bao phủ lớp bên ngồi bê tơng với mục đích thẩm mỹ hay để mục đích cho neo dây văng liên kết với vỏ bọc bê tông Hầu hết tháp cầu rỗng để bố trí thang lên xuống, cần trục hệ thống cung cấp điện cần thiết cho việc tu bảo dưỡng Mặt cắt ngang cột tháp thường có dạng hộp đơn Do chủ yếu chịu lực nén, độ cứng cột tháp cần thiết phải gia cường gia cường, phương dọc cầu thường phải lớn phương ngang cầu Hình 1.4 Mặt cắt ngang điển hình tháp cầu Tại vùng neo dây văng, việc gia cường thêm vách ngăn cứng theo phương dọc ngang điều cần thiết để giảm ứng suất cục theo phương khác 1.1.2.4.2 Dầm chủ cầu dây văng Dầm chủ cầu dây văng chủ yếu chịu nén mặt lý thuyết hệ cấu tạo dàn liên kết khớp nút neo dây, dây văng dây neo đảm bảo độ cứng Trên thực tế dầm liên tục áp dụng nhằm tăng cường độ cứng tác dụng trọng cục Dưới tác dụng tải trọng phân bố toàn nhịp, độ cứng dầm chủ ảnh hưởng không đáng kể đến độ võng hệ đặc biệt cầu nhịp lớn dây dày ảnh hưởng lại nhỏ Về mặt cấu tạo dầm chủ cần thiết kế để chế tạo thuận tiện thi công đơn giản tránh tối đa cấu tạo khớp khe nối cầu Do dầm cứng chủ yếu chịu nén nên dùng BTCT thích hợp, đặc biệt cơng nghệ thi cơng hẫng cầu dây văng coi cầu dầm liên tục thi công hẫng cốt thép Ngoài tác dụng tĩnh tải lực nén trước dầm cứng dây văng truyền vào ổn định không bị mát tức thời lâu dài cầu dây văng xem cầu bê tơng tự ứng suất trước lực nén trước dầm cứng triệt tiêu ứng suất kéo mơ men uốn gây 1.1.2.4.3 Dây văng hệ neo Cầu dây văng loại cầu vượt nhịp dài dài, dây văng thường có chiều dài lớn căng neo vào hai điểm cố định, tác dụng tải trọng thân dây thường bị võng chịu hoạt tải độ võng giảm, dây duỗi thẳng gây thêm biến dạng phụ Có nhiều loại cáp dùng làm dây văng hầu hết chế tạo từ thép cường độ cao Cáp chế tạo từ thép đặt song song với ống thép định vị vách ngăn chất dẻo, bó dây sợi thép cường độ cao bố trí song song đặt ống thép ống nhựa, tao cáp cường độ cao quấn xoắn ốc nhiều lớp quanh sợi thép nằm Sau căng kéo xong bơm vữa xi măng lòng ống Hình 1.5 Thanh song song - Sợi song song - Tao song song -Tao xoắn -Dây cáp Neo có tác dụng liên kết bó dây với khối neo liên kết khối neo với cơng trình Đầu neo có cầu tạo hình dáng kích thước phụ thuộc vào kích thước dây văng phương pháp căng Đầu neo cần thiết kế chế tạo để đủ khả chịu lực kéo đứt dây mà không vượt giới hạn chảy vật liệu đầu neo Tùy theo chức phân biệt hai loại đầu neo đầu neo cố định đầu neo di động 1.1.2.5 Những bài ho ̣c về kế t cấ u Với nửa kỷ tích luỹ kinh nghiệm q trình nghiên cứu thiết kế xây dựng cầu dây văng, nhiều vấn đề lý luận không ngừng cập nhật cho việc thiết kế kết cấu 1.1.2.5.1 Bố trí dạng dây văng Dạng dây hình “Hình Đàn Hạc” (các dây song song) loại bố trí dây tạo cảm giác mảnh, đẹp cho cơng trình cầu nhịp nhỏ 200m giai đoạn đầu phát triển cầu dây văng đại người ta thường sử dụng hình thức Nhưng loại hình bố trí cáp khơng tối ưu mặt chịu lực gây mơmen uốn lớn tháp nên ngày dùng Tuy nhiên cầu nhịp nhỏ cầu Kiền (Quốc lộ 10) áp dụng để giải mặt thẩm mỹ cầu Dạng dây x (hình nan quạt) có nhiều ưu điểm mặt chịu lực cho tháp (giảm mômen uốn) Tuy nhiên dạng bắt buộc phải tập trung liên kết dây cáp đầu tháp, nên khó cấu tạo tạo khơng gian cho việc đặt kích căng dây Bố trí dây văng “lai hình đàn hạc” dạng dùng phổ biến cầu dây văng đại Toàn đầu cáp neo vào tháp bố trí phía thân tháp Cách bố trí khắc phục nhược điểm phân phối lực dạng “đàn hạc” dễ thi công căng cáp 1.1.2.5.2 Dầm cầu Một đặc tính ưu việt cầu dây văng dầm cầu có chiều cao kiến trúc thấp vượt nhịp lớn Ở giai đoạn đầu phát triển cầu dây văng đại, bố trí cự ly dây vào dầm lớn, người ta thường sử dụng dầm thép Orthotrop Ngày cầu đại bố trí cự ly neo dây ngắn không thiết phải sử dụng loại dầm Theo thống kê gần cho thấy với cầu dây văng có nhịp 500m trở lại giá thành kết cấu phần cầu với loại dầm thép orthotrop, dầm bê tông liên hợp, bê tông cốt thép Việc lựa chọn loại dầm tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể nơi xây dựng cầu, điều kiện đất yếu dùng dầm loại nhẹ để giảm khối lượng thi công kết cấu phần Nhưng có điểm cần lưu ý khó thi cơng lớp phủ măt cầu 10 có độ bền cao mặt cầu orthotrop, cần cân nhắc kỹ sử dụng Ngày tích luỹ nhiều số liệu thí nghiệm khí động học khuynh hướng bố trí dây với cự ly ngắn từ 7m đến 9m, dầm cầu không thiết phải thiết kế theo dạng hộp có dạng gió, cố gắng dùng loại dầm mỏng 1.1.2.5.3 Tháp cầu Tháp cầu kết cấu gây nhiều ấn tượng vẻ đẹp cầu đóng vai trị quan trọng cho việc ổn định khí động học kết cấu cầu Trước tháp có dạng hình H, chữ A, chữ Y ngược Diamon Tháp dạng đẹp cầ u Cần Thơ lựa chọn phương án kiến trúc tốt Phần lớn cầu lớn mặt cắt ngang cột tháp có dạng hình hộp Người ta ý nhiều đến việc mặt cắt cột tháp có đủ chỗ để bố trí kích căng cáp tháp thuận tiện cho thi cơng hình dạng tháp chưa thoát tương xứng với kết cấu cầu Hiện có nhiều khuynh hướng tìm tịi giải pháp kiến trúc cho tháp vừa đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ có lợi mặt kinh tế, vùng chịu gió bão lớn, có mặt cầu rộng, loại tháp cột Tháp có ống để đảm bảo ổn định ngang cột, người ta dùng cáp neo bên phần thân trụ Tính kinh tế tháp chỗ thi cơng cột rẻ thi công hai cột 1.1.2.5.4 Số lượng mặt phẳ ng dây Trong lịch sử phát triển cầu dây văng, người ta ứng dụng kết cấu hai, ba, bốn mặt phẳng dây Việc dùng mặt phẳng dây cho cầu nhịp nhỏ, nhược điểm mặt phân phối chịu lực ngày không dùng Đối với cầu mặt phẳng dây có ưu điểm mặt mỹ thuật cầu thơng thống kích thước móng khơng cần lớn Tuy nhiên loại kết cấu người ta xem xét giới hạn chiều dài nhịp 1.1.2.6 Đánh giá kế t cấ u cầ u Dây văng Trong năm gần đây, cầu dây văng sử dụng phổ biến nhờ vào ưu điểm sau: - Sử dụng vật liệu hiệu - Kết cấu không phức tạp, dễ chế tạo thi cơng - Thi cơng nhanh - Tính mỹ thuật cao - Vượt nhịp lớn - Có tính kinh tế cao với cầu nhịp lớn - Độ võng nhỏ cầu dây võng Cầu dây văng giúp người thiết kế có nhiều phương án lựa chọn để đạt đến dự án cạnh tranh ưu việt cho cầu nhịp lớn Với phát triển mạnh mẽ phần mềm tính tốn phương án mô kết cấu Chúng ta hồn tồn kiểm tra chất lượng khả làm vệc cáp văng nói chung cầu dây văng nói riêng để qua đưa phương án tối ưu trình thiết 90 - (Tấn) (Tấn) 61.288 8.54 1.346 23.684 7.4 23.684 23.68 2.42 55.828 10.86 1.774 43.441 13.7 43.441 43.44 1.47 50.433 10.86 2.026 46.238 14.6 46.238 46.24 1.43 45.121 14.77 2.138 56.051 18.4 56.051 56.05 2.52 39.931 1477 2.470 58.590 18.9 58.590 58.59 0.80 34.901 10.86 2.342 29.589 9.4 29.589 29.59 0.73 30.102 10.86 2.746 30.261 9.5 30.261 30.26 1.93 25.685 8.54 2.803 18.039 5.8 18.039 18.04 0.48 21.662 8.54 3.201 16.733 5.5 16.733 16.73 2.65 10 21.662 8.54 4.104 28.725 10 8.9 28.725 28.72 3.28 11 25.685 8.54 3.837 33.802 11 11.1 33.802 33.80 2.55 12 30.102 10.86 2.312 21.451 12 6.7 21.451 21.45 2.45 13 34.901 10.86 2.254 27.408 13 8.7 27.408 27.41 0.81 14 39.931 14.77 2.273 49.617 14 16.2 49.617 49.62 1.99 15 45.121 14.77 2.130 55.633 15 17.6 55.633 55.63 1.15 16 50.433 10.86 2.057 47.664 16 15.1 47.664 47.66 1.01 17 55.828 10.86 1.960 53.028 17 17.2 53.028 53.03 1.34 18 61.288 8.54 1.291 21.788 18 7.2 21.788 21.79 3.16 Kết luận Phương pháp sử dụng kích thủy lực thường áp dụng phịng thí nghiệm dùng cho cầu nhỏ để đo đạc lấy số liệu kiểm chứng Đối với công trình cầu có qui mơ lớn phương pháp phức tạp tốn Khi sử dụng máy đo dao động đơn giản hiệu Qua kết nghiên cứu phân tích trên, ta sử dụng máy dao động để đo đạc xác định tần số dao động riêng cáp phân tích xác định lực căng cáp cơng trình cầu q trình xây dựng khai thác Điều quan trọng phải xác định chiều dài cáp, trọng lượng đơn vị cáp tần số dao động tự tương ứng với dạng dao động thứ n cáp đảm bảo độ xác cao Đặc biệt đo tần số dao động cáp cần sử dụng thiết bị đo có độ xác cao lưu ý phương pháp phân tích xác định kết đo Về hiệu kinh tế khả ứng dụng cho thấy việc đo lực căng cáp máy đo dao động cao phương pháp đo trực tiếp kích thủy lực Các kỹ sư đo đạc lực căng cáp thiết bị đo dao động gọn nhẹ nhanh chóng Đặc biệt phương pháp áp dụng cho cầu thi cơng, cầu hồn thành đưa vào khai thác sử dụng, cầu có qui mơ từ nhỏ tới lớn 91 3.2.2 KẾT QUẢ ĐO LỰC CĂNG TRỰC TIẾP BẰNG ĐẦU ĐO LỰC SO VỚI ĐO BẰNG THÔNG QUA DAO ĐỘNG RIÊNG CẦU TRẦN THỊ LÝ – TP ĐÀ NẴNG 3.2.2.1 Giới thiệu cầu Trần Thị Lý Cầu dây văng Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý, thiết kế điểm với cặp đôi mặt phẳng dây văng neo đối xứng, kết nối với cột tháp nghiêng có chiều cao 145m Chiều dài cầu nhịp dẫn 4x50m nhịp dây 230m Cầu có nhịp liên tục với tổng chiều dài khoảng 731 m từ mố S1 đến mố S13 Hình 3.12 Kế t cấ u cầ u Trầ n Thi ̣ Lý 3.2.2.2 Hệ thống quan trắc thiết bị tự động Trần Thị Lý Với đặc điểm kết cấu kiến trúc cấu tạo, giải pháp thi công phức tạp, yêu cầu cấp thiết đặt phải thiết kế lắp đặt hệ thống quan trắc tự động thường xuyên, liên tục cho phép theo dõi biến động dầm chủ, cột tháp dây cáp văng để có điều chỉnh kịp thời trình thi cơng Hệ thống quan trắc cịn cho phép kiểm tra giả thiết tính tốn thiết kế mở rộng ứng dụng hệ thống phục vụ cho cơng tác phân tích ứng xử, bảo trì, bảo dưỡng kết cấu trình khai thác Lắp đặt hệ thống quan trắc bao gồm nội dung sau: - Đo đạc theo dõi ứng suất mặt cắt dầm chủ cột tháp - Đo đạc theo dõi độ nghiêng cột tháp - Đo đạc theo dõi nhiệt độ dầm chủ cột tháp - Đo đạc theo dõi hướng tốc độ gió - Đo đạc theo dõi lực căng cáp dây văng (07/63 dây) - Đo đạc dao động dây cáp văng sử dụng hệ thống thiết bị đo cầm tay Toàn hệ thống kết nối với đầu thu nhận tín hiệu hệ thống máy tính trung tâm đặt phịng điều khiển mặt cầu đảm bảo cơng tác thu nhận số liệu 92 cách thường xuyên liên tục Một phần mềm thu nhận số liệu thiết kế riêng cho cầu dây văng Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý phục vụ công tác quan trắc q trình thi cơng Ngồi chức thu nhận, xử lý lưu trữ số liệu, phần mềm hỗ trợ chức cảnh báo giá trị đo nằm khu vực nguy hiểm thị cảnh báo giao diện Bên cạnh đó, hệ thống cịn cho phép mở rộng kết nối để phát triển thành hệ thống quan trắc phục vụ cho công tác theo dõi thời gian khai thác Các thiết bị quan trắc lựa chọn để lắp đặt cơng trình thiết bị thiết kế chế tạo để sử dụng lâu dài, chi phí tu bảo dưỡng tối thiểu bị ảnh hưởng chiều dài dây dẫn 3.2.2.3 Kết hợp hai phương pháp đo lực căng Để theo dõi lực căng cáp dây văng cầu dây văng Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý, biện pháp đề xuất sử dụng kết hợp hai phương pháp Phương pháp thứ sử dụng đầu đo lực loadcell HC160 lắp đặt số dây văng quan trọng để thường xuyên tự động thu thập số liệu lực căng Phương pháp thứ hai sử dụng lý thuyết dây rung với thiết bị đo gia tốc cầm tay Việc sử dụng hai phương pháp kết hợp thể số ưu điểm sau: - Là giải pháp phù hợp mà việc sử dụng đầu đo lực căng đảm bảo độ xác cao việc sử dụng phương pháp dây rung phương pháp có hiệu kinh tế cao nhất; - Việc kết hợp hai phương pháp cho phép đánh giá lực căng dây văng với độ xác cao thơng qua việc giảm thiểu sai số phương pháp dây rung; - Trong trình khai thác, hệ thống giảm chấn chuyển hướng lắp đặt đầy đủ, số liệu đo lực căng dây văng đầu đo lực cho phép có hiệu chỉnh hợp lý tình toán lực căng từ kết đo dao động mà xét đến ảnh hưởng thiết bị 3.2.2.4 Kết đo đạc thực tế hai phương pháp - Tính lực căng dây văng từ kết đo dao động: Để giảm sai số xuất trình đo đạc tần số dao động riêng, người ta thường xác định tần số dao động riêng ứng với mode dao động Lực căng dây văng có chiều dài tự trọng lượng riêng xác định tính tốn  Lf  q thông qua tần số dao động riêng fn thứ n sử dụng công thức sau đây: T= (*)    n  g Chiều dài cáp văng trọng lượng đơn vị dễ dàng xác định vẽ tiêu kỹ thuật cáp văng Để giảm thiểu sai số xác định tần số dao động riêng cáp văng, đề xuất xác định năm tần số dao động riêng gần để đưa vào tính tốn trung bình lực căng theo phương pháp ứng dụng cho công trình cầu dây văng - Xác định tần sớ dao động riêng cáp văng Để xác định tần số dao động riêng cáp văng, thiết bị đo gia tốc (accelerometer) sử dụng Thiết gắn bề mặt ngồi bó cáp thơng qua dây đai thép cho 93 phép định vị chắn thiết bị bó cáp Vị trí điểm bố trí đo dao động nằm cao độ 5m mặt cầu để triệt tiêu ảnh hưởng đầu neo đo dao động mặt đứng Kết thể kết phân tích tần số dao động riêng cho dây văng S215 (Hình 3-13) sau căng kéo lần sử dụng thuật toán FFT Năm giá trị tần số dao động riêng liên tục gần xác định thể biểu đồ tương ứng với mode từ đến Các giá trị thỏa mãn đặc tính mơ hình khơng phân tán lý thuyết dây rung mô tả hình 3-14 (tuyến tính tần số dao động riêng mode dao động) Hình 3.13 Kết phân tích tần số dao động riêng sử dụng thuật tốn FFT dây S215 Hình 3.14 Các tần số dao động riêng xác định (dây văng S215) - Kết tính toán lực căng dây văng sau: Hai số dây văng thi cơng đến thời điểm mà có lắp đặt đầu đo lực lựa chọn gian đoạn đầu dự án để tiến hành đánh giá phương pháp tính tốn lực căng gián tiếp qua tần số dao động riêng dây văng số hiệu S215 (dây neo) dây văng số hiệu S326 (dây văng nhịp chính) Bảng 3-3 Mơ tả Chiều dài tự bó cáp văng (m) S215 205 S326 120 Trọng lượng đơn vị bó cáp (N/m) 457 738 Ghi Tính đến vị trí tiếp xúc với ống dẫn hướng Bao gồm ống HDPE 94 Các tần số dao động riêng dây văng số hiệu S215 sau căng kéo lần tương ứng với mode từ đến là: 1.563; 2.100; 2.588; 3.125; 3.662 Hz Hình cho lực căng tính tốn trung bình tương ứng 2089.4kN so với lực căng đo qua đầu đo lực (loadcell) 2156kN Sai số tương ứng 3% Hình 3.15 Kết quan trắc lực căng dây văng S215 đầu đo lực Biểu đồ thể kết quan trắc lực căng dây văng số hiệu S215 tương ứng với thời điểm kiểm tra (sau căng kéo lần một) Tương tự với dây văng số hiệu S215, hình thể kết phân tích tần số dao động riêng cho dây văng S326 sau căng kéo lần sử dụng thuật toán FFT Các tần số dao động riêng ứng với mode từ đến là: 2.197; 3.320; 4.443; 5.518; 6.592 cho kết tính tốn trung bình lực căng dây văng 5177.7kN so với giá trị đo qua đầu đo lực 5183kN Sai số 0.1% Hình 3.16 Kết phân tích tần số dao động riêng sử dụng thuật toán FFT dây S326 - Kết luận Xác định lực căng dây văng gián tiếp thông qua dao động riêng cho dây lắp đặt so sánh với thiết bị đầu đo lực gắn dây cáp văng cho kết tương đối xác Phương pháp tính tốn thể ưu điểm đơn giản hiệu Điều giải thích qua thực tế dây cáp văng chưa lắp đặt hệ chuyển hướng giảm chấn làm việc hoàn toàn theo nguyên lý dây rung 95 Sử dụng phương pháp tạo xung dao động với thiết bị đo dao động cáp dây văng chuyên dụng (Cable - stayed and Deck Vibration Measuring) xác định nội lực (lực căng hay ứng suất) dây văng mà không cần gắn trực tiếp thiết bị đo vào cáp Từ tần số dao động tự dây văng đo sử dụng công thức từ lý thuyết để xác định nội lực cáp dây văng giai đoạn chưa bơm vữa lấp lòng ống HDPE, cho giai đoạn bơm vữa lấp lòng ống HDPE Hệ thống thiết bị phương pháp nêu áp dụng rộng rãi cho thử tải, kiểm định cơng trình cầu dây văng Kết thực nghiệm ứng dụng kết hợp hai phương pháp theo dõi lực căng dây văng khẳng định tính hiệu biện pháp tính tốn lực căng dây văng thơng qua dao động riêng Nó mở khả kiểm tra, hiệu chỉnh để ứng dụng theo dõi cáp văng trình khai thác sau lắp đặt hệ chuyển hướng giảm chấn áp dụng rộng rãi cho cơng trình cầu dây văng tương tự 3.2.3 KẾT QUẢ ĐO LỰC CĂNG DÂY CÁP CẦU KIỀN – HẢI PHÒNG 3.2.3.1 Kiểm tra dây văng Kiểm tra tổng thể Kiểm tra phát hư hỏng khuyết tật phận bên ngồi dây văng Nhìn chung tổng thể toàn 72 dây văng cầu Kiền khơng có hư hỏng Các cột đèn chiếu sáng chạm vào dây văng nắn sửa Phần bê tơng xung quanh ụ neo phía trụ tháp quan sát ống nhịm khơng phát vết nứt, hư hỏng đáng kể Kiểm tra ụ neo dây văng phía đáy dầm: toàn 72 ụ neo tiếp cận kiểm tra chi tiết Nhận xét: Nhìn chung tồn hệ thồng dây văng cầu Kiền chưa có hư hỏng đáng kể Một số ụ neo đáy dầm có hư hỏng nhỏ ụ neo: ĐTV6, ĐTV10, THV13, TT V2, TTV4, TTV8, TTV10, TTV16 cần sửa chữa kịp thời 3.2.3.2 Đo xác định lực căng dây văng Tiến hành đo dao động xác định tần số dao động riêng toàn 72 dây văng Thiết bị sử dụng đo tần số riêng dây là: thiết bị đo dao động VM5123/6 đầu đo gia tốc phương, phần mềm phân tích FFT DS - 5123HHV RA+ hãng IMV- Nhật Lực căng dây văng tính tốn theo công thức áp du ̣ng: Khi không xét tới độ võng dây: T  Khi có xét tới độ võng dây Trường hợp    17 w( fL) T g  C   0.857  10.89     f   C  C   4w( fL)  T 1  2.2   2   g   f   f   Trường hợp 17   Trong đó: w( fL) g  T *L EJ (3-18) C EJg WL4 (3-15) (3-16) (3-17) (3-19) 96 - T lực căng cáp dây văng (kG) - f tần số dao động tự tương ứng với dạng dao động thứ nhất, xác định phương pháp tạo cưỡng dao động (Hz) - W trọng lượng đơn vị dài dây văng (kg/cm) - L chiều dài cáp (cm) - g gia tốc trọng trường (980.665 cm/ s2) - I mơ men qn tính chống uốn cáp dây văng (cm4) Hình 3.17 Hình ảnh biểu đồ đo dao động dây cáp S4-W-TL1 97 Tổng hợp kết đo lực căng thể bảng sau: Kết đo lực căng dây văng Bó cáp Trọng lượng đơn vị cáp W (kg/m) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 61.93 54.67 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 54.67 54.67 47.89 47.89 Chiều dài cáp để phân tích lực căng (m) Kết đo lần trước Tần số f Lực căng (Hz) T (kN) Trụ tháp phía Đơng - Phía Hạ lưu 93.378 1.538 5018.0 78.804 1.843 4522.9 71.056 2.051 3986.3 62.121 1.978 2813.5 55.564 2.393 3291.3 44.140 2.832 2880.5 35.833 4.102 3974.9 26.445 4.150 2140.5 17.377 6.201 1971.8 16.294 9.082 3827.8 25.743 4.688 2601.9 33.881 3.296 2257.2 44.156 2.441 2128.3 58.724 2.344 3535.9 67.493 1.929 3662.9 78.884 1.758 4120.1 81.111 1.758 3824.4 99.848 1.440 3902.1 Bảng 3-4 Kết đo Tần số f (Hz) Lực căng T (kN) 1.533 1.866 2.000 1.974 2.400 2.833 3.999 4.153 6.221 8.998 4.624 3.285 2.456 2.325 2.000 1.772 1.750 1.450 5160.1 4614.0 3767.4 2780.2 3284.5 2850.6 3728.7 2094.6 1908.7 3646.1 2474.3 2203.5 2127.0 3452.8 3914.8 4163.9 3771.0 3942.1 1.549 1.812 2.031 2.000 2.400 2.799 3.999 4.199 6.749 8.998 4.799 3.299 2.500 2.300 1.900 1.800 1.700 1.400 5067.0 4655.0 3886.7 3005.4 3284.5 2780.9 3603.4 1990.0 2023.6 3678.7 2588.7 2189.5 2206.2 3377.7 3622.3 4064.7 3556.1 3672.4 Trụ tháp phía Đơng - Phía Thượng lưu S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 61.93 54.67 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 54.67 54.67 47.89 47.89 93.378 81.475 71.056 63.678 55.564 44.140 35.258 25.573 16.522 16.358 25.362 33.643 44.156 58.724 68.824 76.766 81.111 99.848 1.538 1.843 2.051 1.929 2.393 2.832 4.053 4.297 6.543 9.045 4.761 3.320 2.441 2.344 1.904 1.807 1.758 1.440 5018.0 4522.9 3986.3 2813.5 3291.3 2880.5 3974.9 2140.5 1971.8 3827.8 2601.9 2257.2 2128.3 3535.9 3662.9 4120.1 3824.4 3902.1 98 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 61.93 54.67 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 54.67 54.67 47.89 47.89 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 61.93 54.67 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 47.89 54.67 54.67 47.89 47.89 Trụ tháp phía Tây - Phía Hạ lưu 89.156 1.563 4717.7 77.174 1.819 4220.9 70.040 2.026 3776.1 62.928 1.880 2606.3 53.313 2.466 3212.7 44.197 2.759 2738.4 35.960 3.198 2405.7 27.267 4.443 2633.4 16.998 8.008 3225.0 16.151 8.818 3528.4 27.416 5.371 3938.4 34.741 3.125 2133.0 44.395 2.344 1981.1 54.089 1.978 2114.1 38.997 2.026 4174.8 78.345 1.880 4652.4 89.103 1.611 3882.4 98.660 1.440 3808.5 Trụ tháp phía Tây - Phía Thượng lưu 90.591 1.538 4717.7 79.824 1.758 4220.9 70.040 2.026 3776.1 62.146 1.904 2606.3 54.916 2.393 3212.7 44.980 2.710 2738.4 35.960 3.198 2405.7 27.120 4.468 2633.4 17.073 7.971 3225.0 15.390 9.277 3528.4 26.310 5.603 3938.4 35.002 3.101 2133.0 44.862 2.319 1981.1 54.089 1.978 2114.1 68.997 2.026 4174.8 78.345 1.880 4652.4 89.103 1.611 3882.4 100.32 1.416 3808.5 1.562 1.812 2.062 1.875 2.437 2.784 3.220 4.333 7.936 8.980 5.404 3.124 2.375 2.047 2.050 1.885 1.609 1.437 4687.6 4164.9 3891.0 2571.5 3109.5 2757.9 2402.7 2449.4 3069.2 3558.5 3926.6 2095.3 2007.8 2243.8 4248.9 4653.5 3856.0 3777.8 1.550 1.800 2.000 1.916 2.416 2.718 3.333 4.417 7.832 8.270 5.561 3.083 2.333 2.000 2.000 1.916 1.600 1.416 4768.5 4404.1 3657.5 2618.5 3249.1 2724.2 2580.5 2520.0 3013.8 2665.6 3814.0 2071.7 1978.8 2139.6 4041.1 4809.8 3812.5 3794.0 Nhận xét: Căn vào kết đo tần số số liệu tính tốn cho thấy lực căng của dây văng chưa sai khác nhiều so với kết kiểm tra đợt trước, dây văng làm việc bình thường Tuy nhiên riêng dây S10 trụ tháp phía Tây- Phía thượng lưu tần số đo tương đối thấp f=8.270 Hz so với tần số sở f cs = 9.277Hz Điều giải thích chiều dài dây văng lý thuyết L=15.390m nhỏ so với dây S10 đối diện L=16.151 99 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trên giới Việt Nam, nhiều phương pháp kỹ thuật khác sử dụng để đánh giá lực căng dây cáp cầu dây văng q trình thi cơng khai thác Có thể kể đến phương pháp điển kiểm tra áp lực kích thủy lực, sử dụng đầu đo lực, quan trắc biến dạng, xác định độ dãn dài đường cáp trình lắp đặt căng kéo… Chúng ta biết chứng minh phương pháp việc mô tả đơn giản nhiên ứng dụng thực tế thường khó đạt hiệu mong muốn mặt giá thành, tính xác khả áp dụng Một phương pháp đơn giản, nhanh chóng khơng q đắt tiền phương pháp ứng dụng lý thuyết dây rung cách xác định lực căng dây văng thông qua tần số dao động riêng, trọng lượng riêng đơn vị chiều dài thực tế bó cáp Trong luận văn có nêu lên Ví dụ kết so sánh phương pháp đo với phương pháp đo đầu đo cảm biến đầu đo lực (loadcell) đo phương pháp kích thủy lực kết luận phương pháp đo dao động có kết tốt Phương pháp ứng dụng thành cơng thể tính hiệu cho cầu dây văng có chiều dài cáp văng khơng lớn, cấu tạo neo đơn giản hay đường cáp dự ứng lực ngồi Các kỹ sư đo đạc lực căng cáp thiết bị đo dao động gọn nhẹ nhanh chóng Đặc biệt phương pháp áp dụng cho cầu thi cơng, cầu hồn thành đưa vào khai thác sử dụng, cầu có qui mơ từ nhỏ tới lớn 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Việc nghiên cứu áp dụng phương pháp kỹ thuật tiên tiến kiểm tra cầu dây văng BTCT để hồn thiện đại hố việc kiểm tra đánh giá cầu dây văng BTCT Việt Nam cần thiết có ý nghĩa thực tiễn ý nghĩa khoa học Các kết nghiên cứu trình bầy luận văn áp dụng việc kiểm tra cầu dây văng Việt Nam Những đóng góp luận văn: - Trình bày nguyên nhân gây suy giảm độ bền bê tông chất ăn mịn cốt thép kết cấu bê tơng - Giới thiệu phương pháp kiểm tra bê tông, kiểm tra trạng cốt thép thường cốt thép DUL - Các số liệu cần thu thập đánh giá cầu trình tự thu thập xử lý số liệu tác nhân hoá học - Giới thiệu mức đánh giá kết cấu xây dựng theo lý thuyết độ tin cậy - Hướng dẫn kỹ thuật kiểm tra hạng mục cần kiểm tra trình quản lý cầu - Giới thiệu lựa chọn phương pháp đo lực căng dây văng ứng dụng lý thuyết dây rung xác định lực căng dây văng thông qua tần số dao động riêng Hướng nghiên cứu phát triển Luận văn: - Tiếp tục nghiên cứu hồn thiện mơ hình thu thập xử lý số liệu đánh giá cầu dây văng - Nghiên cứu phương pháp theo dõi kiểm tra cầu dây văng theo hướng kiểm tra liên tục dài hạn - Nghiên cứu phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng mố trụ cầu - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện mơ hình đánh giá cầu dây văng BTCT theo phương pháp xác suất - Nghiên cứu chất ức chế ăn mòn nhằm bảo vệ chống ăn mòn kết cấu bê tơng cốt thép góp phần trì đảm bảo chất lượng cơng trình - Tiếp tục nghiên cứu hồn thiện mơ hình quản lý cầu theo hướng tin học hoá quản lý cầu 101 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ CÁC HƯ HỎNG CỦA CẦU DÂY VĂNG BTCT 1.1 KHÁI NIỆM VỀ KẾT CẤU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CẦU DÂY VĂNG BTCT 1.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.2 KẾT CẤU CẦU DÂY VĂNG BTCT 1.2 CƠ CHẾ SUY GIẢM ĐỘ BỀN CỦA BÊ TƠNG VÀ SỰ ĂN MỊN CỐT THÉP CỐT THÉP TRONG CÁC CƠNG TRÌNH BTCT 11 1.2.1 CƠ CHẾ SUY GIẢM ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG 11 1.2.2 SỰ ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG CÁC CƠNG TRÌNH BÊ TƠNG CỐT THÉP 18 1.3 NHỮNG SỐ LIỆU CẦN THU THẬP VÀ NGUYÊN TẮC KHI THU THẬP XỬ LÝ SỐ LIỆU TRONG ĐÁNH GIÁ CẦU 23 1.3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 23 1.3.2 NHỮNG SỐ LIỆU CẦN THU THẬP XỬ LÝ 24 1.3.3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THU THẬP VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 24 1.3.4 NGUYÊN TẮC KHI THU THẬP XỬ LÝ SỐ LIỆU 25 1.3.5 XÂY DỰNG QUY LUẬT PHÂN PHỐI CỦA ĐẠI LƯỢNG NGẪU NHIÊN 25 1.3.6 XÂY DỰNG TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC ĐẠI LƯỢNG 25 1.3.7 XỬ LÝ SỐ LIỆU TRONG ĐÁNH GIÁ CẦU 28 1.4 CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP TRONG CẦU DÂY VĂNG 29 1.4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 29 1.4.2 CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP TRONG HỆ THỐNG CÁP DÂY VĂNG 30 1.4.3 CÁC HƯ HỎNG Ở HẠNG MỤC KHÁC 35 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 38 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU CẦU DÂY VĂNG BTCT 39 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KẾT CẤU NHỊP BTCT CẦU DÂY VĂNG 39 2.1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐỐI VỚI BÊ TÔNG 39 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KHÔNG PHÁ HOẠI (NDT) KIỂM TRA HIỆN TRẠNG CỐT THÉP VÀ CỐT THÉP DUL 45 2.2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 45 102 2.2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP DNT KIỂM TRA HIỆN TRẠNG CỐT THÉP VÀ CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 46 2.3 CHẨN ĐOÁN CẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG 52 2.3.1 BÀI TOÁN CHẨN ĐOÁN CẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG 52 2.3.2 MƠ HÌNH KẾT CẤU NHỊP CẦU TRONG CHẨN ĐOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP DAO ĐỘNG 53 2.3.3 THỬ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 53 2.3.4 NHẬN DẠNG HƯ HỎNG VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC TRẠNG CẦU 55 2.4 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC MỨC ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU 58 2.4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP Ở MỨC ĐỘ 58 2.4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP Ở MỨC ĐỘ 59 2.4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP Ở MỨC ĐỘ 60 2.5 MỘT SỐ TIÊU CHUẨN QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ CẦU Ở CÁC NƯỚC 63 2.5.1 TẠI MỸ 64 2.5.2 TẠI LIÊN XÔ (CŨ) 67 2.5.3 TẠI VIỆT NAM 69 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70 CHƯƠNG SO SÁNH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐO LỰC TRONG DÂY VĂNG - KẾT QUẢ ĐO Ở MỘT SỐ CẦU 71 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA LỰC CĂNG TRONG DÂY VĂNG 77 3.1.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG DÂY VĂNG 77 3.1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA LỰC CĂNG TRONG DÂY VĂNG 77 3.1.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG TẠO XUNG DAO ĐỘNG ĐỂ XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG DÂY VĂNG CÓ NHIỀU ĐIỂM TỐI ƯU 80 3.2 KẾT QUẢ ĐO KIỂM TRA LỰC CĂNG TRONG DÂY VĂNG MỘT SỐ CẦU 87 3.2.1 KẾT QUẢ ĐO LỰC CĂNG TRỰC TIẾP BẰNG KÍCH THỦY LỰC SO VỚI ĐO THÔNG QUA DAO ĐỘNG RIÊNG CẦU SÔNG HÀN –TP ĐÀ NẴNG 87 3.2.2 KẾT QUẢ ĐO LỰC CĂNG TRỰC TIẾP BẰNG ĐẦU ĐO LỰC SO VỚI ĐO BẰNG THÔNG QUA DAO ĐỘNG RIÊNG CẦU TRẦN THỊ LÝ – TP ĐÀ NẴNG 91 3.2.3 KẾT QUẢ ĐO LỰC CĂNG DÂY CÁP CẦU KIỀN – HẢI PHÒNG 95 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 103 MỤC LỤC HÌ NH ẢNH Hình 1.1 Các sơ đồ bố trí dây văng Hình 1.2 Mặt phẳng cáp Hình 1.3 Ba dạng tháp cầu Hình 1.4 Mặt cắt ngang điển hình tháp cầu Hình 1.5 Thanh song song - Sợi song song - Tao song song -Tao xoắn -Dây cáp Hình 1.6 Quá trình hư hỏng bê tơng cơng hố học 14 Hình 1.7 Biểu diễn hàm hồi quy tuyến tính 26 Hình 1.8 Hệ thống cáp văng 30 Hình 1.9 Lớp vỏ bảo vệ cáp văng 30 Hình 1.10 Lớp Bảo vệ chống ăn mịn vữa grout bị phá hoại gẫy nứt 31 Hình 1.11 Hệ thống giảm chấn 31 Hình 1.12 Ụ neo cáp văng 32 Hình 1.13 (a) Nhẫn khóa cài bị phá hủy trình dây văng dung giật (b) Gioăng cao su phận neo cáp bị chảy dẻo, biến dạng 33 Hình 1.14 Đầu neo có tượng xâm nhập nước 33 Hình 1.15 Neo cáp văng 33 Hình 1.16 Lắp đặt thiết bị giảm chấn ma sát 33 Hình 1.17 Vết đứt gẫy cáp trình dây văng rung giật 34 Hình 2.1 Nguyên tắc đo truyền qua phương pháp siêu âm 41 Hình 2.2 Sơ đồ phương pháp truyền qua 41 Hình 2.3 Sơ đồ phương pháp tán xạ 41 Hình 2.4 Sơ đồ cổ điển 41 Hình 2.5 Sơ đồ ăng ten 41 Hình 2.6 Sơ đồ hướng tâm 41 Hình 2.7 Sơ đồ đo chiều sâu đường nứt 43 Hình 2.8 Chiều sâu đường nứt 43 Hình 2.9 Mơ hình đánh giá cầu BTCT theo phương pháp xác suất 61 Hình 2.10 Mơ hình đánh giá cầu BTCT theo phương pháp bán xác suất 62 Hình 2.11 Sơ đồ đánh giá cầu theo AASHTO LRFR 64 Hình 3.1 a, Dạng vỏ cài b, Dạng tao xoắn c, Dạng sợi song song d, Dạng tao gồm sợi song song 72 Hình 3.2 Chi tiết neo sử dụng gioăng cao su chống nước 75 Hình 3.3 Neo dạng Hi-Am 75 Hình 3.4 Các dạng neo thông thường 76 Hình 3.5 Bố trí thiết bị đo ứng suất cáp cầu 81 Hình 3.6 Sơ đồ bố trí thiết bị tần số dao động cáp xiên 82 Hình 3.7 Hiǹ h ảnh đo thực tế ta ̣i cầ u Kiề n 82 Hình 3.8 Các trạng thái dao động kết cấu 83 Hình 3.9 Hình ảnh kế t cấ u cầ u sông Hàn 87 Hình 3.10 Thiế t bi ̣kích thủy lực dùng ở cầ u sông Hàn 88 Hình 3.11 Biểu đồ đo dao động 89 Hình 3.12 Kế t cấ u cầ u Trầ n Thi ̣Lý 91 Hình 3.13 Kết phân tích tần số dao động riêng sử dụng thuật toán FFT dây S215 93 Hình 3.14 Các tần số dao động riêng xác định (dây văng S215) 93 Hình 3.15 Kết quan trắc lực căng dây văng S215 đầu đo lực 94 Hình 3.16 Kết phân tích tần số dao động riêng sử dụng thuật tốn FFT dây S326 94 Hình 3.17 Hiǹ h ảnh biểu đồ đo dao động dây cáp S4-W-TL1 96 104 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Độ hòa tan Ca(OH)2 phụ thuộc vào nhiệt độ 15 Bảng 1-2 Các thành phần sản phẩm ăn mòn 23 Bảng 2-1 Mối quan hệ điện khả ăn mòn cốt thép bê tông 48 Bảng 2-2 Mối quan hệ số đo điện trở suất khả ăn mòn cốt thép 48 Bảng 3-1 Kết đo tần số thứ lực căng cáp cầu sông Hàn 89 Bảng 3-2 Kết đo lực căng cáp theo kích tần số cầu sơng Hàn 89 Bảng 3-3 Mô tả kích thước, khối lượng dây cáp S215, S326 93 Bảng 3-4 Kết đo lực căng dây văng cầu Kiền 97 MỘT SỐ KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN HDPE : High-density polyethylene (Polyetilen mật độ cao) MTEs : Main tension elements (Phần tử ứng suất chính) NDT : Nondestructive testing (Thử nghiệm khơng phá huỷ) DOTs : Departments of transportation (Bộ Giao thông Truyền thông) PE : Polyethylene PVC : Poly- vinyl chloride NDE : Nondestructive evaluation (Đánh giá không phá huỷ) FRPs : Fiber-reinforced polymers (Vật liệu polymers cốt sợi) CFRP : Carbon fiber-reinforced polymers (Vật liệu polymers cốt sợi Carbon) HDPP : High-density polypropylene (Polypropylene mật độ cao) MsS : Magnetostrictive sensor (Sensor cảm biến từ) UV : Ultraviolet radiation (Bức xạ tử ngoại) SDR : Super High- Damping Rubber Damper (Bộ phận giảm rung giật-Cho cáp văng) PSS : Parallel wire system (Hệ thống sợi song song ) PWS : Parallel strand system (Hệ thống tao song song)