Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu chẩn đoán hư hỏng dầm cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn bằng phương pháp dao động

NHIEM VỤ LUẬN VAN:Dé tài nghiên cứu chan đoán hu hỏng dâm câu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịpgiản đơn băng phương pháp dao động là xác định các thông số dao động của côngtrình, sử dụng

NGUYEN VĂN CÓ

NGHIÊN CỨU CHAN DOAN HU HỎNG DAM CAU BETONG COT THEP DU UNG LUC NHIP GIAN DON

BANG PHUONG PHAP DAO DONG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 60580205

TP HỎ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA - ĐHQG - HCMCán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS LE THỊ BICH THỦY.

Cán bộ châm nhận xét 1 : TS MAI LỰU

Cán bộ châm nhận xét 2 : TS NGUYÊN DANH THANG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Dai học Bách Khoa, DHQG Tp.

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS LÊ BÁ KHÁNH PGS.TS NGUYEN MINH TÂM

NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨHọ và tên học viên: Nguyễn Văn Có MSHV: 1570665

Ngày thang năm sinh: 17/06/1992 Nơi sinh: Dak lắkChuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao th6ng Ma số: 60580205I TENDET I

Nghiên cứu c a doa uw 6 gdamcau bê tô ø cot C dựt

ứ gựục i gia do ba g wog á daodTo

Il NHIEM VỤ LUẬN VAN:Dé tài nghiên cứu chan đoán hu hỏng dâm câu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịpgiản đơn băng phương pháp dao động là xác định các thông số dao động của côngtrình, sử dụng phương pháp dao động dé chan đoán vị trí, dạng hư hỏng và mức độhư hỏng của kết câu nhịp câu, đánh giá tinh trạng làm việc của kết cầu nhịp dựatrên chỉ số Mac và hệ số Kạ từ đó đưa ra những kiến nghị, kết luận về việc sử dụngphương pháp dao động đặc biệt là biên độ, tần số dao động trong chân đoán kết

câu nhip câu.

Nhiệm vu cụ thé:1 Nghiên cứu t ng quan về chân đoán hư hỏng kết câu nhịp công trình câu bê tôngcốt thép dự ứng lực

2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp dao động trong chân đoán hư hỏng công trìnhcâu

3 Nghiên cứu thuật toán nhận dạng hư hỏng dâm câu bê tông cốt thép dự ứng lựcnhịp giản đơn, từ đó xây dung mô hình thực trạng kết câu nhịp câu dựa trên cácđặc trưng dao động, sự thay d 1 tần số, biên độ dao động ở các mức độ hư hỏngkhác nhau và đánh gia vi trí, mức độ hư hong cua kết câu nhịp

4 Xây dựng mô hình thực trạng cho một kết câu nhịp câu cụ thể băng phương

pháp dao động và trình tự chân đoán kết câu nhịp cầu BTCT giản đơn băng

phương pháp dao động.

Ill NG Y GIAO NHIEM VỤ 16/01/2017.

IV.NG YHO NTH NHNHIEM VU 18/06/2017.

V CAN BO HU NGDAN PGS.TS LE THỊ BÍCH THỦY

TP HCM, ngày 27 thang 0S năm 2017

CÁN BỘ HU NG DÂN CHỦ NHIỆM BO MON D OTAO

PGS.TS LE THI BICH THUY TS LE BA KHANH

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

PGS.TS NGUYEN MINH TAM

Bích Thủy, bộ môn Cầu Đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng trường Đại học BáchKhoa TP HCM Cô đã truyền đạt những kiến thức qúy báu, góp ý hướng dẫn tậntình va động viên trong suốt thời gian nghiên cứu gi p tôi hoàn thành luận van này.Xin cảm ơn đến các thầy, cô trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảngday, truyền đạt kiến thức b ích trong suốt quá trình học tập tại trường.

Cảm ơn gia đình và ban b đã luôn động viên, tin tưởng va tạo mọi điều kiệnthuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

NGHIÊN CỨU CHAN DOAN HU HONG DAM CÂU BE TONG COT THÉPDU UNG LUC NHIP GIAN DON BANG PHUONG PHAP DAO DONG.Dưới sự phát triển kinh tế của đất nước, hiện nay đa phan các cầu đều phải gánhmột lượng vận tải lớn, nhiều khi vượt quá tải trọng cho phép Mặt khác, những côngtrình cầu cũ ở nước ta còn chịu ảnh hưởng của môi trường, công tác duy tu bảodưỡng không thường xuyên Chính vì vậy có rất nhiễu cầu cũ đang trong tinh trạnghư hỏng và xuống cấp Đề tiếp tục sử dụng, khai thác và phát huy khả năng làm việccủa công trình cần phải đánh giá, phân loại hiện trạng và nguyên nhân gây hư hỏng,

từ đó nghiên cứu các giải pháp xử lý, với mục đích nâng cao hiệu quả quá trình khai

thác, phát huy khả năng làm việc, chịu tải của các công trình cầu BTCT trong điềukiện Việt Nam Do đó mục đích chính của đề tài là nghiên cứu phương pháp chânđoán vị trí và mức độ hư hỏng của công trình cầu bằng phương pháp dao động Đâylà một công cụ hiệu quả để nhận dạng, dự doán và xác định chính xác các hư hạicủa công trình dé dé ra kế hoạch khai thác, bảo dưỡng tiếp theo nhằm phòng, tránh

xa các thiệt hại.

THESIS SUMMARY

THEME

SIMPLE SPAN PRESTRESSED REINFORCED CONCRETE BRIDGE BEAM

DAMAGE DIAGNOSIS BY USING OSCILLATION METHOD.

Under the economic development of the country, most of bridges nowadays carry a

large amount of load, sometimes exceeding the limit permitted On the other hand,

the old bridges in our country are affected by the environment and the maintenance

is not regular as well Therefore, many old bridges are in bad condition and

degraded To continuously use, exploit and promote the capability of the

construction in need of being evaluated and classified the current status and the

causes of damage, thereby studying the solutions to improve the efficiency in

exploitation, to promote the load capability of the reinforced bridges in Vietnam.

an effective tool for identifying, estimating and accurately spotting the damages of a

building to outline plans for further exploitation and maintenance in order to

prevent and avoid damage.

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: “NGHIÊN CỨU CHAN DOAN HU HỎNGDAM CÂU BE TONG COT THÉP DỰ UNG LỰC NHỊP GIẢN DON BANGPHƯƠNG PHAP DAO ĐỘNG” là dé tài do chính cá nhân tôi thực hiện Dé tài

được thực hiện theo đ ng Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ, không phải sao chép của cá

nhân nào, các số liệu, mô hình, thử nghiệm trong luận văn do chính tôi nghiên cứu,

thực hiện.

Tp HCM, ngày 26 tháng 08 năm 2017

NGUYEN VĂN CÓ

Học Viên Cao Học Khóa 2015

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Trường Dai học Bách Khoa Tp HCM.

DANH MỤC BANG BIÊU - SG S31 21 2191119151 1E 5111112113 E111 11x xnxx 11DANH MỤC CÁC HÌNH - tt E311 1191 1 1E 9111115113 E111 211 1g xi 12NỘI DUNG, MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU - G2 5 E2 EsESE£E+ESEEeEsEsEekeerersesed l61 Tính cần thiết của dé tài 52c 12121 32 2121211212111 21 1111111111111 l6

2 Mục tiêu nghiÊn CỨU - G0900 nọ 17

3 Phạm vi nghiÊn CỨU << 1 1931001199 9 17

4 Phương pháp nghiÊn CỨU - - - << G G0000 101199 99011 18

5 nhĩa thực tiễn của để tai ccsccccccsccssscsssssscsscscsescsesessesssesscsesesseseseesesssessesssesseseeeees 18CHƯƠNG 1: TONG QUAN CONG TAC QUAN LY V_ CHAN DOAN KY

THUAT CÔNG TRINH CẦU - 2E SE SE£E£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkrrrred 191.1 T ng quan công tác quản ly cầu ở Việt Nam va trên Thế Giới . - 191.2 Công tác thử tải cầu c1 1 S123 111515111111 0111 11011111111 011101 0111011110 tk 231.2.1.1 Một số sự cố sập cầu tại Việt Nam và trên Thế IỚI Gv re 231.2.1.2 Công tác thử tải cẦU - ¿522212121212 1232111212111 11 1111111111111 271.3 Một số van dé trong công tác kiểm định cau hiện nay 2 2 25s csss+szxzxẻ 311.4 Chan đoán, sự cần thiết chân đoán hư hỏng công trình cầu 5-5-5¿ 3l1.4.1 T ng quan về chan đoán công trình cầu . - - 2 22222 2££+£+E+Ez£zsrxd 321.4.2 Nhận định về mức độ hư hỏng ¿+2 + 2£ +E+E+E+EE£E£E£E+EeEE£E£ErErEersrsred 341.5 Tình hình duy tu bảo dưỡng công trình cầu hiện nay . -5- 525255552 341.6 Bài toán chan đoán công trình ¿ - - + 2+6 +E+E+E#EEEEEEEEEEEEEEEEE11E1 11112 xe 361.7 Nghiên cứu chan đoán câu ở việt nam và trên thé giới . -5- c2 2 ss¿ 38

1.7.2 Tình hình nghiên cứu trên thê giới và Việt Nam . - << s++ssss 39

1.7.2.1 Về mô hình hoá kết cấu ¿-¿- - ¿2 +52 SE+E9EE£E£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrkrrrrrrree 401.7.2.2 Các phương pháp thử nghiệm và xử lý số liệu đo . - - 25555552 40

1.7.2.3 Cac thuật toán nhận dạng hư hỏng - G55 S011 1 1 ngư 40

1.7.2.4 Xây dựng mô hình thực trạng của câu ¿+ + ++s+s£e+x+xererxerersrree 4]Kết luận chương Ì - - 25661 5 SE 1 1515251523111 5111111151511 11 111111111101 42

2.1 Nhận dạng trạng thái hư hỏng câu ¿2-5 2 2 +E+E+E+E£EE£E£E£E#EeEEErErerrrrersred 432.2 Tiêu chan bên vững dao động MAC của EWins - + 255 ccczcecxcesesrrsred 442.3 Kỹ thuật lặp trực tiẾp - 55c S121 1 1 1211212111511 11 111111151101 1111111 1111111 rk 46

2.4 Phương pháp ma trận lỗi - + E2 2E E21 SE SE SE SE E2 2115111111311 48

2.5 Thuật toán xác định vi trí hư hỏng << c S11 1111311333111 511111111 krrrree 49

2.6 T ng quan về thiết lập mô hình cầu . - - 2 2 2£ 2 2£2£E£E£E+E££z£E£ErEzEzrrsred 542.6.1 Mô hình tính toán của một sô dạng kết cau nhịp cầu - 5 2 255552 54ha 542.6.1.2 Đặc trưng dao động và bài toán chân đoán kết cầu nhịp CẦU ccccecsesecez 542.6.2 Co sở xác định các thông số dao Ong .ccccccccccecscssssesescscssssssesssssseseseseesesesees 552.6.2.1 Biểu diễn của hàm “FRF” đối với hệ cơ học -cccccscxcsrerrrereerrree 56

2.7 Xác định vi trí dao đông tại các mode dao động «<< ee ees 56

Kết luận chương 2 ¿6-5-5621 1 E5 1 1 111515151111 111515 111101151111 11 1111111111101 rk 5CHUONG 3 NGHIÊN CỨU CHAN DOAN HU HỎNG CÂU DAM BTCT

NHỊP GIAN DON BANG CAC THONG SO DAO ĐỘNG . 593.1 Khao sát trường hop dam BTCT nhịp giản đơn bi hu hỏng tại một số điểm 593.2 Thiết lập mô hình - - ¿5£ E SE EEEEEE£E#EEEEE 3 E5E5E5 2111115111111 7115 110111 e 603.2.1 Xác định mô hình thực trạng vật liệu dựa trên cơ sở dữ liệu (CSDL) của cầu 603.2.2 Xác định mô hình thực trạng kết cấu nhờ lý thuyết nhận dạng hệ cơ học 613.3 Xác định các thông số dao động - - + 6566 + E323 E5 E1 E121212111 2112 ee, 64

3.3.1 Dao động cưỡng DUC . - Gv 65

3.3.2 Xác định tần số riêng và hệ $6 cản + ¿2+ + 2+2 SE2E£E+EEEEE£EEEEEEEEErErrrreee 67

3.3.2.1 Xác định dang dao động riéng - 5G 0n ng re 68

3.3.2.2 Phương pháp Kennedy - PanCU (<< < 11339010111 19 9 ng ke 68

3.3.3 Trực chan hoá dang riÊng - + ¿6 SE E339 E1 121115151111 11 1115111111 e, 693.4 Cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình thực trạng kết cau nhịp - 693.4.1 Xác định vị trí hu hỏng băng tương quan dạng dao động riêng tại điểm đo 693.5 Hệ thống dữ liệu nhận dạng hư hỏng 5 2 2 52E +2 £E£E£E£Ez£z££EzEresree, 71

3.5.3 Phương pháp thống kê -. ¿-¿- - + EEEE*E# 9E EEEEEEE E311 E111 1e, 723.5.4 Tiêu chuẩn lựa chon mô hình phù hợp - - + 25s 2 2 2££+£+£+£z£zszxzescee: 72

3.6 Quy trình chan đoán kết cầu nhịp cầu băng phương pháp dao động 73

3.6.1 Trong công tác kiểm tra thường xuyên đối với công trình cầu - 73

3.6.2 Sử dụng phương pháp dao động trong chân đoán nhịp cầu - 74

3.7 Mô phỏng hư hỏng và hệ thống dữ liệu nhận dạng hư hỏng . - 74

3.7.1 Khái niệm mô phỏng hư hỏng - - (<< < 1 133331101111 1 3 91111 ng ke 743.7.2 Nhận dang trạng thái hư hỏng của kết cau nhịp Cau - - c2 +cececee: 743.8 Chân đoán xác định vị trí bị nứt của kết cau nhịp eee 753.8.1 Biến d i Wavelet -ccctcrhthtrhHHHg H21 rrrrrrrrie 763.8.2 Một số ứng dụng của Wavelet -c-c tt E2 11H11 T111 H111 11112111 tk 793.8.3 Mô hình dầm có nhiều vết nứt ¿5+ 2xt‡rttxertterrrrrertrrrrrrrrrrrrrrree 803.8.4 Mô hình liên tục của dầm có Vet nỨT - - se k3 xxx SE eregkekseree 833.8.5 Mô hình phan tử hữu han của dầm có Vét nt cecsesesessseseeeeeeeteeesesesee 84Kết luận chương 3 - - 565211 E2 1 1 111515111311 11115 111101151111 11 0111111111101 rk 87CHUONG 4 KHAO SAT CONG TRINH CAU THUC TE, CAU BINHTHÀNH GO CÔNG — TIEN GIANG 00 ecsceesssessssesssssessneessnecesececnseeenscecnseesneeesneeesees 88A Dữ liệu đầu vào ch Hee 884.1 Tinh toán xác định dao động riêng của kết cau nhịp I24.54m -5- 894.1.1 Ung dung phương pháp biến đ ¡ trên đường tròn . - 2c sec: 9]4.1.2 Lập sơ đồ do và xác định vị tri gây kích động - - 2 2 2+s+c+eszscscs2 944.1.3 Cách xử lý các số liệu lân cận tại các Vi tri ỔO ¿se seEseserees 954.2 Xác định vị trí hư hong bang thông số dao động tại các mode dao động 99

4.2.1 Xét tương quan giữa hai trang thái trên ta có hệ số tương quan như sau: 1024.2.2 Khi không có sai số trong bộ đo dữ liệu đo 25-5252 5s+c+Sezszxszezseree 1054.2.3 Khi có sai số trong bộ đo dữ liệu đO - SH ng, 110

B Xây dựng đường trung bình - (<< 990001 ng 115

C Biểu diễn đường trung bình cho các trạng thái hư hỏng, với sai số 12% đã qua xử lý

4.4 Trình tự chân đoán kết cau nhịp cau bang thông số dao động - 1274.4.1 Trong công tác kiểm tra thường xuyên đối với công trình cầu 1274.4.2 Sử dụng phương pháp dao động trong chân đoán kết cau nhịp 127PHAN KẾT LUẬN V_ KIÊN NGHỊ 2 2 5 S52 E23 E+ESEEErkrkrrrrrsred 1291 KẾ luận ¿- - - 2222121 191511 1211151511 1111 0115111101010 11 110101 0111011110101 11 1110 1e 1292 Kiến nghị - - 5c 1 E5 1 1 1 1511511111111 111101111111 11 0115111111011 01 01111101 grkg 129

3 Tài liệu tham khiảO - < s90 nọ 0k 131

BTCT: bê tông cốt thépTVTK: tư vẫn thiết kế

QL: quản lý

KHCN GTVT: khoa học công nghệ giao thông vận tải

M- khối lượngc - hệ số can

Sj Và z; là dao động riêng, ma trận độ cứng nhạy cảm và vector

m¡ là khối lượng quy đối tain tiø,,® là tan số riêng thứ i, dang dao động riêngXT(f), YT(Œ) là biến đ i Pourier của x(n), y(n)

Sx (Ð là hàm mat độ ph

Sxy(f) là tương quan chéo

U; là biên độ phức của phản ứng tại j

F, là biên độ phức cua lực tác dụng tại k

H„(ø) là phán ứng cua kết cấu tại vị trí j do lực đơn vi có tần số co tại k gây ra

® (/),®,(/) là gia trị dao động riêng thứ | vị trí J và k

CSDL là cơ sở dữ liệu

al,a2, an là gia trị các biên độ tat dân của dao động

T chu ky dao động, là thời gian thực hiện một vòng dao động (s )

f = l/T(Hz) tần số dao dong, là dao động trong một đơn vi thời gianTạ - thời gian tat dao động

e - cơ số của lôgarit tự nhiên1 - hệ số tắt dao động

T - chu kỳ dao động

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Thống kê cầu Japan (04/20 13) ¿- + 25225 S+SE2E2EE£EEEEEEEEEErkrkrrrrrrerrred 20Bang 1.2 Một sỐ su cô sập cầu tại Việt Nam và trên Thế ĐIỚI ĂĂ So se 23Bảng 1.3 Bảng phân cap mức độ hư hỏng kết cầu công trình và phương hướng xử lý

¬ ốỐốỐốỐ 34

Bảng 2.] Tan số tự nhiên thực nghiệm cho các cầu bốn nhịp theo độ tu 1 47Bảng 4.1 Tim các thông số dao động của kết cấu - ¿+ 2 252 +E+E+E+E‡EeEeEzEsEerereee 92Bảng 4.2 Đường tròn Nyquist được xác định tại các điểm c-cscscscecee, 93Bang 4.3 Nội suy số liệu đo tại 05 và 03 điểm bang da thức bậc 3 cho mode thứ 3 .96Bảng 4.4 Kết cau chưa xuất hiện hư hỏng ¿5-5-5255 S2SE+E£cxvxerrrrrererree 101Bảng 4 5 Kết cau xuất hiện hư hỏng IÖ% 2-5-5522 S22E+E£E£EvEeEecrrrrerree 101Bảng 4 6 Mô đun dàn hồi ở các trường hợp hư hỏng .-. 5-5- 2555525255252 101Bảng 4 7 Giá tri Ky tại các điểm khi phan tử số 10 hư hỏng 10% - 102Bảng 4 8 Giá trị Mac cho dầm chưa hư hỏng - 5-5-5252 55252S22s+£e£e+zzsezscxee 102Bảng 4 9 Giá tri Mac cho dam hư hỏng 10% tai phan tử số 10 -. - 103Bảng 4 10 Bảng hệ số tương quan phan tử thứỨ - - 2 255+£+c+£z£e+s£ezeerersred 104Bảng 4 11 Bảng hệ số tương quan phan tử thứ 3 - ¿55 + c2 s+szezezezrsred 106Bang 4 12 Bảng hệ số tương quan phan tử thứ Ñ - ¿25 + c2 s+s£ezezeersred 108

DANH MỤC CÁC HÌNHHình 1.1 Thống kê cầu Japan (04/2013) ¿- + ¿2+ + +E+E+EE£E+EEEEEEEEerkrkrrrrrrerrred 20Hình 1.2 Sự suy giảm khả năng chịu tải của cau theo thời gian -5- 20Hình 1.3 % số lượng cau theo tu i, chi phí bảo dưỡng cầu từ năm 2006-2009

(USA), addầầầỎ 21

Hình 1.4 Số cầu có tu i thọ lớn hơn 50 năm ở Mỹ từ 1990 đến 2050 21Hình 1.5 Sự cố sập cầu nối ở Stambaugh và Cohen năm 2007 «««« «<<: 26Hình 2.1 Cao độ và mặt cắt ngang của một cầu điền hình se cscsxsesxsecee 48Hình 2.2 Cau trúc mạng Neuro-Fuzzy sử dụng cho một phan tử, ENFj, j=1 N 51Hình 2 3 Cau trúc mang Neuro-Fuzzy sử dụng cho cau, GNE ¿5555552 51

Hinh 2.4 Nhan dang vi tri khuyết tật dựa vào GÌNFCs 7 -ẶcSSS S322 52

Hình 2 5 Mô hình thí nghiỆm - - (<5 5E 1 991511 1999501199 0 ng ke 53

Hinh 3.1 D_ thi Rd(k)trường hop hu hỏng E~⁄4 cv he 70

Hinh 3.2 D_ thi Rd(k) trường hop hư hỏng EE- Í (c1 1 re 71

Hình 3.3 Scale và tần số (frequency) scccccsscssssssessssssesesssessesesesscsesecscsesssscsesscsssesecseeeees 77

Hình 3.4 Sự xê dịch (shifting) của một Wavellet - cư 77

Hình 3.5 Một số họ Wavelet - tk 1112111 9111112111 5101112111 11g11 1 ng ngu 78Hình 3.6 Ba kiểu vết nứt cơ bản -. -c+tté tt gr grgg 81Hinh 3.7 M6 hinh 60 8 81Hình 3.8 Mô hình dầm có vết nứt - sex 84Hình 3 9 Mô hình một phân tử ¿+ 22+ SE +E£E£EE£E£E£EEEEEEEEEEEEErkrkrrerkrrerered 86Hình 4 1 Mặt cắt ngan cầu - ¿E6 SE S23 1 E5 3 11121511111 111111111 1111k 89Hình 4 2 Sơ đồ bố trí đo tại các GiGM oe eeeceecseseseesseesstesseesstesstesetesseesueesueeseeeseteseeeneees 89Hình 4 3 Mặt băng bồ trí sơ đồ đo và vị trí gây kích động - ¿55555552 89Hình 4 4 Đồ thi ham FRE (trích số liệu đo thực tế cầu Tân Khánh Tinh Đồng Tháp) 90Hình 4 5 Vd dao động riêng thứ 3 tại dam bố trí 3 điểm đo -. - 255: 95Hình 4 6 Vd dao động riêng thứ 3 tại dầm bố trí 5 điểm đo -. - 55+: 95

Hình 4.7 Hình dạng mode dao động thứ Ô - -Ă G111 11 991111 kg 97

Hình 4 8 Dang dao động ly thuyết và dao động nội suy - ¿55 2 5s+cscscs¿ 97Hinh 4 9 Vi tri dém do cho dang dao động thứ 3 cho dầm cau Binh Thanh 97

10 Dang và giá trị dao động thứ nhất khi kết cau chưa xuất hiện hư hong 99

11 Dạng và giá trị dao động thứ hai khi kết cau chưa xuất hiện hư hỏng 99

12 Dang và giá trị dao động thứ ba khi kết cầu chưa xuất hiện hư hỏng 99

13 Dang và giá trị dao động thứ nhất khi kết cau hư hỏng 10% phan tử thứ 10.¬ 10014 Dang và giá trị dao động thứ hai khi kết cau hư hỏng 10% phan tử thứ 10.¬ 100 15 Dạng và giá trị dao động thứ ba khi kết câu hư hỏng 10% phân tử thứ 10.100 16 Biéu đồ hệ số Kg hư hỏng 10% tại phần tử thứ 10 - 102

17 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 10% phan tử thứ 6 -555+ 103

18 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 25% phan tử thứ 6 -555+ 104

19 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 50% phan tử thứ 6 -55-5+ 104

.20 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 10%, 25%, 50% phan tử thứ 6 105

.21 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 10% phan tử thứ 3 -5- +: 105.22 Biểu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 25% phan tử thứ 3 -5- +: 105.23 Biéu đô hệ số Kg khi hư hỏng 50% phan tử thứ 3 -5-5 - 106

.24 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 10%, 25%, 50% phan tử thứ 3 106

.25 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 10% phan tử thứ 8 -. -5 - 107

.26 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 25% phan tử thứ 8 -. 5- +: 107.27 Biểu đồ hệ số tương quan hư hỏng khi hư 50% phan tử thứ 8 107

.28 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 10%, 25%, 50% phan tử thứ 8 108

.29 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 10%, 25%, 50% phan tử thứ 3, 6, 9 109

.30 Biéu đô hệ số Kg khi hư hỏng 25%, 50% phan tử thứ 7, 10 109

.31 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 50%, 10%, 25% phan tử thứ 2, 5, 11 110

.32 Biểu đồ hệ số Kg khi hư hỏng khi hư 10% phan tử thứ 6 111

.33 Biéu đô hệ số Kg khi hư hỏng 25% phan tử thứ 6 -555+ 111

.34 Biểu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 50% phan tử thứ 6 -555+ 111

.35 Biéu đô hệ số Kg khi hư hỏng 10% phan tử thứ 3 - +: 112.36 Biéu đồ hệ số Kg khi hư hỏng 25% phan tử thứ 3 -5- +: 112.37 Biéu đô hệ số Kg khi hư hỏng 50% phan tử thứ 3 -5- +: 112

Hình 4 38 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 10% phan tử thứ 8 . 55+: 113Hình 4 39 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 25% phan tử thứ 8 . 55+: 113Hình 4 40 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 50% phan tử thứ 8 -. 55+: 113

Hình 4 41 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 10%, 25%, 50% phan tử thứ 3, 6, 9 114

Hình 4 42 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 25%, 50% phan tử thứ 7, 10 114

Hình 4 43 Biểu đồ hệ số Ky khi hu hỏng 50%, 10%, 25% phan tử thứ 2, 5, 11 114

Hình 4 44 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 10% phan tử thứ 6 sai số 12% 117

Hình 4 45 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 25% phân tử thứ 6 sai số 12% 117

Hình 4 46 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 50% phan tử thứ 6 sai số 12% 118

Hình 4 47 Biểu đồ hệ số Ky khi hu hỏng 10% phan tử thứ 3 sai số 12% 118

Hình 4 48 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 25% phan tử thứ 3 sai số 12% 118

Hình 4 49 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 50% phan tử thứ 3 sai số 12% 119

Hình 4 50 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 10% phan tử thứ 8 sai số 12% 119

Hình 4 51 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 25% phan tử thứ 8 sai số 12% 119

Hình 4 52 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hong 50% phan tử thứ 8 sai số 12% 120

Hình 4 53 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 10%, 25%, 50% phan tử thứ 3, 6, 9 sai số|5 .Ă S201 E12 1 TH H11 11T 2 H210 H110 22g 120Hình 4 54 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 25%, 50% phan tử thứ 7, 10 sai số 12% 120

Hình 4 55 Biểu đồ hệ số Ky khi hư hỏng 50%, 10%, 25% phan tử thứ 2, 5, 11 sai số12% 8 121Hình 4 56 Biểu đồ dao động kết cấu tại các General Link khi chịu tải động dat 121

Hình 4 57 Biểu đồ ramp -¿ ¿5252 +SE S3 3E 321221231111 21111 111.1111111 te 122Hình 4 58 Biểu đồ dao động tai 1 nút trong thời gian 55s dưới tác động động đất 122

Hình 4 59 Biểu đồ ph khi chịu tác dụng của động đất trong thời gian 10s 122

Hình 4 60 Biểu đồ dao động Dx khi chưa xuất hiện hư hỏng .-. 5- +: 123Hình 4 61 Biểu đồ dao động Dx khi xuất hiện hư hỏng 50% tại nút số 15 123

Hình 4 62 Biểu đồ dao động Dy khi chưa xuất hiện hư hỏng - 5 55-52 123Hình 4 63 Biểu đồ dao động Dy khi xuất hiện hư hỏng 50% tại nút số 15 124

Hình 4 64 Biểu đồ dao động Dz khi chưa xuất hiện hư hỏng . 5- +: 124Hình 4 65 Biểu đồ dao động Dz khi xuất hiện hư hỏng 50% tại nút số 15 124

Hình 4 66 Biểu đồ dao động Dxyz khi chưa xuất hiện hư hỏngHình 4 67 Biểu đồ dao động Dzyz khi xuất hiện hư hong 50% tại nút số 15

CHUONG MỞ DAUNOI DUNG, MUC TIEU NGHIEN CUU1.Ti ca t iết của đề tài.

- Câu là một phan quan trọng không thé tách rời của hệ thống giao thông hiện dai,đóng vai trò quan trọng trong đời sống cộng đồng Cau được thiết kế để có tu i thọcao, những thay đ ¡ về đặc tính tải suy giảm theo tu ¡ thọ, ảnh hưởng của môitrường sự tác động ngẫu nhiên có thé gây ra thiệt hại kinh tế rất lớn đối với kinh tếcủa một địa phương, khu vực hay quốc gia Đối với các sự cố sập cầu hay hiệu suấtlàm việc của cau kém sẽ phá vỡ hệ thông giao thông, ảnh hưởng đến kinh tế khuvực, tính mạng của người tham gia giao thông Do đó đảm bảo kết cấu cầu làm việcan toàn, hiệu quả trong suốt thời gian khai thác băng cách giám sát sự làm việc củakết cau và thực hiện các biện pháp khắc phục phù hợp khi có sự cố hoặc hư hỏng,giám sát sức khỏe Kết câu (SHM- Structural Health Monitoring) và phát hiện hưhỏng biểu thị bang kha năng làm việc của kết cấu cau, đánh giá hư hong thiệt hại ởgiai đoạn sớm nhất để tránh ảnh hưởng đến tu ¡ thọ công trình đảm bảo an toànđược đặt lên hàng đầu Vì vậy, quá trình giám sát tình trạng làm việc của kết caucầu, chan đoán đánh giá hư hỏng trong giai đoạn dau là hết sức quan trọng trongviệc đưa ra các giải pháp kiểm soát sửa chửa công trình cầu giảm thiểu chi phí duy

tu bảo dưỡng và đảm bảo tu 1 thọ công trình phải được ch trọng.

- Bên cạnh đó trong vài thập kỷ qua, đã có những thay đ i lớn về tải trọng của cácphương tiện giao thông tác động lên công trình vì vậy cần phải có phương phápchân đoán hư hỏng phù hợp và chính xác để có những phương pháp sửa chửa đápứng được tình hình khai thác hiện tại, các phương pháp đang được áp dụng kiểm trađánh giá hiện trạng câu hiện nay còn nhiều mặt hạn chế như: khó phát hiện hư hỏngở những bộ phận an khuất hay ảnh hưởng của vùng hư hỏng này đến vùng hư hỏngkhác, cùng với sự phát triển của những kỹ thuật do, tính toán từ năm 2000 đến naytrên thế giới đã đã có nhiều công trình khoa học được công bố về việc nghiên cứuáp dụng, chân đoán hư hỏng cầu băng phương pháp dao động, đây là phương phápchân đoán bệnh học công trình thông qua sự dao động của kết cau, các thông số này

bao gôm đặt trưng hình học, sơ đồ làm việc và điêu kiện liên két của kêt câu, từ các

thông số trên hoàn toàn có thé chan đoán được tình trạng làm việc của kết cấu cau.

Phương pháp này sẽ là một trong những công cụ hữu hiệu b sung cho lĩnh vực

kiểm định cầu hiện nay Việc chọn dé tài “NGHIÊN CỨU CHAN DOAN HUHỎNG DAM CÂU BE TONG COT THÉP DỰ UNG LỰC NHỊP GIẢN DONBANG PHƯƠNG PHÁP DAO DONG?” nhăm tìm ra công cụ hiệu quả trong việcnhận dạng, dự đoán, xác định chính xác hư hỏng kết cau nhịp cầu bằng phương

pháp dao động ở Việt Nam.

2 Mục tiêu g ié cứu.

- Nghiên cứu các dạng hư hỏng dầm cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn,một vài hư hỏng kết cấu nhịp điển hình và mô hình thực trạng kết cau cau, dựa trêncác đặc trưng dao đông, đánh giá chân đoán vị trí, dạng, mức độ hư hỏng kết cau

nhịp.

- Xây dựng mô hình kết cau bang phần mềm chuyên dụng dựa trên mô hình thực vàcác thuật toán dao động, thông số đao động từ đó xác định vi trí hư hỏng của kếtcầu nhịp bằng lý thuyết nhận biết hu hong của Ewins, phân tích mối tương quangiữa các tần số dao động ở hai trạng thái của công trình, đưa ra kết luận, hướng pháttriển của đề tải

- Xây dựng quy trình chân đoán hư hỏng kết cấu cầu bê tông cốt thép dự ứng lựcnhịp giản đơn bằng phương pháp dao động thông qua các thông số dao động và áp

dao động riêng của kết cấu nhịp ở tần số thấp nhất dé xác định các vị tri hu hỏng

-T ng hợp, xây dựng quy trình chân doán hư hỏng kết cau nhịp bằng phương pháp

dao động.

5.Y iat we tié của để tai

- Đề tai cung cấp cái nhìn t ng thé về phương pháp chan đoán hư hỏng kết cau nhịpcầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn bằng các thông số dao động, dự báotình trạng làm việc của công trình cầu, cung cấp sớm các thông tin về tình trạng hưhỏng dé từ đó dé ra các biện pháp khai thác, duy tu bảo dưỡng phù hợp đảm bảogiao thông và chi phí vận hành thấp nhất

- Đề tài sử dụng các thuật toán liên quan đến dao dong, biên độ dao động riêng va

các phương trình toán học nhận dạng hư hỏng Các đại lương trên được xác định

thông qua mô hình thực trạng kết cấu nhịp cầu và có thể xác định bằng phươngpháp đo đạc, tính toán và xử lý số liệu trên công trình thực Đây là điểm quan trọng

đê đưa dé tài vào thực tiên.

CHƯƠNG 1: TONG QUAN CONG TAC QUAN LY V_ CHAN DOAN

KY THUAT CONG TRINH CAU.1.1 Tổ g quan công tac quả ý cầu ở Việt Nam và trê T é Giới.1.1.1 Tầm quan trọng của công tác quản lý, bảo dưỡng câu

Duy trì cơ sở hạ tang là một trong những van dé đặc biệt quan trọng trong sự pháttriển kinh tế của một quốc gia Thực hiện một kế hoạch bảo trì sẽ kéo dài tu ¡ thọcủa công trình, giảm thiểu chi phí đầu tư công trình mới, như vậy bảo trì công trìnhcầu là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong hệ thống giao thông hiệnnay, bên cạnh việc dau tư công trình mới Hang năm khối lượng vận chuyển hanghóa không ngừng tăng lên, lượng xe chạy càng nhiêu, tỉ lệ xe nặng càng lớn, do đóđường sá và công trình cầu càng chịu tác dụng nhiều của tải trọng xe Hơn nữa, cácyếu tô khí hậu thường xuyên tác dụng lên công trình cau làm cho chất lượng caukhông n định, tạo điều kiện cho việc phát sinh các hiện tượng biến dạng, hư hỏng

Một vấn đề cơ bản cần lưu ý là không có một công trình cầu nào tôn tại tốt đượcvĩnh viễn dù đã được xây dựng dat chất lượng cao Những công trình cau có lớp kếtcau ở cấp hang cao cũng không thoát khỏi thông lệ này Có thé nói rằng, tat cả côngtrình cầu vừa mới làm xong đã bắt đầu suy giảm chất lượng vì những tác hại của

cường độ vận chuyền, các nhân tố thiên nhiên Với khí hậu nhiệt đới và xích đạo,

nhất là đối với các công trình cầu có kêt cau bê tông cốt thép, quá trình suy giảmnày thường diễn ra một cách nhanh chóng Chỉ có sự quản lý cần thận, chăm sócliên tục mới hạn chế quá trình suy giảm chất lượng trong quá trình khai thác

Việc xem nhẹ vai trò của công tác bảo dưỡng sửa chữa công trình cau sẽ đối mặtvới những chi phí lớn hơn rất nhiều vì phải sửa chữa lớn hoặc xây dựng lại Hiệnnay ở Việt Nam cũng như trên thế giới, số lượng các công trình cầu cũ đang chiếmphân lớn, hơn 50% cầu trên thé giới có tu i thọ trung bình trên 20 năm như vậy bài

toán đặt ra là đâu tư xây dựng mới hay duy tu bảo dưỡng các công trình hiện có

đánh giá đựa trên tính kinh tế và thời gian, việc duy tu bảo dưỡng được ưu tiên hàng

đâu Do đó việc cần làm trước mắt là phải đâu tư công tác duy tu bảo dưỡng nhăm

sớm phát hiện được các dấu hiệu bất thưởng của công trình cầu từ đó đề ra phươngpháp giải quyết giảm thiểu tối đa chi phí, it ảnh hưởng đến kết cau nhất.

Ở các nước phát triển hầu hết công trình cầu đã được xây dựng phan lớn từ thé kỹtrước tính đến thời gian hiện tại tu ¡ thọ các công trình này đã bắt đầu qua 20 nămsử dụng vì vậy vấn đề lớn đặt ra là công tác kiểm định, khai thác, chân đoán khả

năng chịu tai của công trình câu phải đặt lên hang dau.

Bang 1.1 Thống kê cầu ở Nhật (04/2013)P 4 oicô gtrìSố cầu trê đườ gb Số ượ gxetru g bì ;

uut 6 gtro ø24 /Cau

9,06827,884

Ạ

Dữ liệu khách quanđề bao tn cau

-~, Đánh gia khách quan đựa trên

Anh nghiệm của các ky sư

68462402

ie

Ow |O ms

œ» =@-®-«

© =

ou

O=at

DD) 0 apo =

© "+ CÓ) @ bomdeno=bÐ-ke»les

¬

10 1020 20-30 3240 40-50 >50 Tuổi công trình

Hình 1.2 Sự suy giảm khả năng chịu tải của cầu theo thời gian

Ở Mỹ năm 2013 có 607.380 cây cầu Trong số này, 200.000 cây cau thép,235.000 là bê tông cốt thép thông thường, 108.000 cây cầu được xây dựng bằngbê tông dự ứng lực, và đ c hãng cân bằng Khoảng 30 phan trăm cầu có kết cầu

yêu hoặc quá cũ.

18 SG * 5a"? TOP Figure B: Bridge Repair Funding Levels Versus Needs EstimateEn tu “ a "¬

2 Deck area ° > a BB Federal Estimates to Eliminate Backlog 4°=-£l- Cumulative (count) Ö"_ñ —

12 © Cumulative (deck area) m 80 L] Actual Highway Bridge Program Appropriations tor Amerce

DD oh 2S

voy 65 „2hee POSS Soe 1, cà $5.2 billion

Age Group Heh

Hình 1.3 % số lượng cau theo tu i, chi phí bảo dưỡng cau từ năm 2006-2009

1990 2010 (out of 600,000 2030 (Predicted) 2050 (Predicted)

Đông thời cho đên hiện tại Việt Nam vân chưa có tiêu chuân chính thức nào đề

đánh giá tải trọng khai thác cầu đường bộ (Specification for evaluation of highwaybridge bearing capacity) ngoài bộ tiêu chuẩn dự thảo năm 2015 do Ban kỹ thuật Bộ

giao thông vận tải biên soạn [25].

- Chất lượng công trình không ngừng suy giảm và xuống cấp, giá thành vận tảikhông thé hạ thấp, chưa đáp ứng được yêu cầu giao thông một cách hiệu qua Sựthiếu hụt kinh phí va vốn dau tư cho công tác khôi phục sửa chữa, kiếm định hang

năm.

- Việc quản lý lỏng lẻo, kiểm tra không thường xuyên và thiếu hệ thống, không cótiêu chuẩn để đánh giá công trình, phương pháp kiểm tra và kỹ thuật chân đoán rấtlạc hậu Vì vậy càng làm cho tình trạng công trình xuống cấp trầm trọng và gây trởngại lớn cho vận tải (hạn chế tốc độ, hạn chế tai trọng)

- Nhiệm vụ, loại hình kiểm tra cầu.Nhiệm vụ cơ bản của việc kiểm tra cầu đang khai thác là xác định hiện trạng vàrà soát các bộ phận của công trình để đối chiếu với các yêu cầu đặt ra đối với tảitrọng đang khai thác Kiểm tra cầu đang khai thác cũng có thé được tiến hành dégiải quyết những van đề đặc biệt, ví dụ như: dé ra phương án sửa chữa và cải tạo

(gia cường) công trình, xác định chính xác năng lực chịu tải, và các mục đích khác,

công việc chủ yếu khi kiểm tra cầu bao gồm:a) Tìm hiểu, nghiên cứu hé sơ kỹ thuật

b) Thị sát công trình.

c) Do đạc kiém tra va lap ban vé hién trang cau.Tuy thudc vao hién trang cua cầu và các nhiệm vụ đặt ra khi kiểm tra, có thé thêm

các loại công việc sau:

- Kiểm tra chất lượng vật liệu bằng các phương pháp không phá huy (vi dụ, bằngsiêu âm, đo độ cứng, bang phương pháp phát xạ âm v.v );

- Lay các mau vật liệu dé tiễn hành thí nghiệm trong phòng (khi phát hiện những sựbat thường của vật liệu);

- Nghiên cứu thực trạng dòng chảy;

-T chức quan trac lâu dài bang máy móc;- Kiểm tra lớp phủ mặt cầu;

d) Các loại hình kiểm tra cau.- Kiểm tra thường xuyên;- Kiểm tra chỉ tiết;

- Kiểm tra đặt biệt;- Sau đại tu hay cải tạo (gia cường) cau;- Khi có hư hỏng, sai lệch ở từng phan hay các chi tiết;- Khi cần khang định chính xác tải trọng đã tính toán;- Khi cần đánh giá hiệu quả các biện pháp đã thực hiện để bảo đảm an toàn cho các

tải trọng đặc biệt đi qua;

1.2 Công tác thử tải cầu.1.2.1 Sự cần thiết của việc thử nghiệm cầu.1.2.1.1 Một số sự cố sập cầu tại Việt Nam và trên Thế gIỚI

Bang 1.2 Một số sự cố sập cầu tại Việt Nam và trên Thế ĐIỚI

ở Bỏ Đào NhaStt Tê câu Kốcầu | T digia s Tiệt i

Cau Chu Va 6 8 người chết, gần 40

| Dài 54 24/02/2015

(Lai Châu) man người bị thương

2 | Cau treo Bua Chung Dai 83m 11/6/2013 13 người bi thương

3 | Cau Krông Kmar 27/9/2013 | | người bị thương

nang

4 Cầu CànThơ | Dai2.75km.| 26/9/2007 | >> người chốt, 80

người bị thương

5 | Cầu Bung (Gia Lai) | Dài250m | 3/11/2007 đồng wee

âu ở D -A

¡ị | CÂU” Daman - An 28/8/2003 | 25 người chết

Độ

Cau cao tốc ở12 | Granada, Tay Ban 7/11/2005 6 người chết

Nha

Câu 150 tu iở mm

13 Bihar, An D6 2/12/2006 33 người chét

14 Cau qua sông 1/8/2007 13 người chet và 100

Mississippi, MY người bi thương

Ngoài ra con rat nhiêu công trình câu bi sập như câu tạm đoạn qua Quoc lộ 1A

tỉnh Quảng Trị vào ngày 23/10/2006, Sập cầu Lý Quán huyện Gò công đông tỉnhTién Giang vào ngày 14/01/2007, sập cầu Rạch Sỏi ở Kiêng Giang vào ngày24/04/2007 Ngoài ra trên thế giới còn hàng loạt các vụ sập cầu khác điển hình nhưvụ sập cầu trên Quốc lộ 19 ở Canada vào tháng 10/2006 đã là 05 người chết vànhiều người bị thương

M sô i a= sựcôs câuớ Việt Nam và trê T ê giới.

|

Cau Cần thơ (Ảnh: Tiền Phong)

Cầu cảng (Ảnh: Người lao động) Sập cầu Bưng Sen

Hình 1.5 Sự cố sập cau nối ở Stambaugh và Cohen năm 2007Từ những sự cố trên ta thay kiểm định công trình cầu là công tác hết sức quantrọng nhăm đánh giá đ ng khả năng công trình trong quá trình khai thác, bên cạnhđó còn dé xuất ra những biện pháp khai thác và sửa chửa phù hợp dé bảo vệ tính

mạng và giảm thiệt hại kinh tế cho Quốc gia, dé cong tac kiểm định cầu được thựchiện nghiêm t c và khách quan, co quan quản lý nhà nước các cấp từ trung ươngđến địa phương cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định được ban hành tronglĩnh vực kiểm định công trình cầu Hiện nay công tác kiểm định, thử tải, đánh giákhả năng chịu tải của cầu ở Việt Nam căn cứ các quy trình, tiêu chân đã được BộGiao thông ban hành như sau “Quy trình thử nghiệm cầu — 22TCVN 107-87”, “Quytrình kiểm định cầu trên đường 6 tô — 22 TCN 243-98”, “Quy trình kiểm địnhđường sắt — 22 TCN 258-99”, Tiêu chân dự thảo vẻ đánh giá tải trọng khai thác cầu

đường bộ (Specification for evaluation of highway bridge bearing capacity) năm

2015 do Ban kỹ thuật Bộ giao thông vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải dénghị, T ng cục Tiêu chân Do lường Chất lượng tham định, Bộ Khoa học va Côngnghệ công bó

1.2.1.2 Công tác thử tải cầu.Thực tế thiết kế và thi công câu bê tông cốt thép (BTCT) ở Việt Nam và nướcngoài cho thay một số ít trường hợp phải tiến hành thử tải kết cấu (tại hiện trườnghoặc trong phòng thí nghiệm) nhằm đánh giá và khăng định khả năng chịu lực củachính kết cau đó Nhiều nghiên cứu (Bungey va Millard 1996; Menzies et al 1984;Vuong Hach 2000 v.v.) [21] đều có nhận xét rằng thử nghiệm thử tải kết cau khôngnhững kiểm tra va khang định các kết quả tính toán kết cấu mà còn gi p Chủ côngtrình va các Co quan tự tin khi nghiệm thu và đưa công trình vào sử dụng Có théphân chia thí nghiệm thử tải kết cấu làm 3 loại sau:

(i) Thí nghiệm thử tải trên kết cau tại hiện trường, phần lớn là những thí nghiệm

không phá hoại.

(ii) Thí nghiệm trên kết câu hay cau kiện được cắt ra từ hệ kết cấu đã hay đang thi

công, thường là các thí nghiệm phá hoại hay thí nghiệm tải trọng tới hạn.

(iii) Thí nghiệm trên các mô hình thu nhỏ của kết cấu thực, được thực hiện trong

phòng thí nghiệm (thí nghiệm phá hoại) Thí nghiệm loại này thường thực hiện

trong giai đoạn thiết kế (đối với các công trình quan trọng) nhăm lựa chọn giải phápkết cầu và khăng định các kết quả tính toán

Khác với thí nghiệm nén tinh coc, thí nghiệm thử tải kết cấu tại hiện trường đượctiến hành tai công trình và chủ yếu là thí nghiệm không phá hoại Thí nghiệm thử tảiđược chỉ định tiễn hành ở các khu vực bị nghi ngờ về khả năng chịu lực hay ở cáckhu vực chịu tải lớn và quan trọng Thí nghiệm thử tải kết cau tại hiện trường có thégồm thi nghiệm thử tai tĩnh va thí nghiệm thử tải động Thi nghiệm thử tai tĩnhthường được thực hiện tại hiện trường để đánh giá tính năng kết cấu Song, đối với

một vải trường hợp, khi tải trọng tác dụng động vượt trội so với tải trọng tác dụng

tĩnh, thí nghiệm thử tải động có thé phải tiến hành để đánh giá khả năng chịu lựccủa kết câu Khi tiễn hành thí nghiệm thử tải tĩnh kết cau tại hiện trường, kha năngchịu lực của kết cầu được đánh giá dựa trên các tiêu chuẩn sau:

(i) Tải trọng thực tế lớn nhất mà kết cau có thé xem là chịu được khi thí nghiệm;(ii) Biến dạng (độ võng, góc xoay v.v.) lớn nhất

(iii) Bề rộng vết nứt lớn nhất.Mục tiêu chính của công tác thí nghiệm thử tải kết cấu tại hiện trường là chứngminh tính năng chịu tải của kết cau ở ngưỡng lân cận dưới hay cận trên tải tronglàm việc quy định bởi thiết kế Tinh năng chịu tải của kết cau thường được đánh giáthông qua số đo độ võng, bề rộng và mật độ khe nứt dưới tác dụng của tải trọng chấtlên kết cấu Sự cần thiết của thí nghiệm thử tải xuất phát từ sự không tin cậy vàochất lượng thi công hoặc thiết kế, hay khi xuất hiện một số hư hỏng cục bộ trên kếtcấu Có thé nói đây là phương pháp kiểm tra và đánh giá khả năng chịu lực hữuhiệu, đặc biệt đối với các kết cau nhạy cảm mà sự an toàn liên quan đến toàn xã hội.Tuy nhiên, cần ch ý rang do sự tốn kém về kinh phi, thời gian, sự an toàn của kếtcầu và những người tham gia thí nghiệm, thí nghiệm thử tải kết cau tại hiện trườngthường là sự lựa chọn cuối cùng khi những tính toán va phân tích kết cau khôngthoả mãn các yêu cầu đặt ra đối với kết cau, sau đây là một vài tải trọng thử đã dùngở một số cau [22]:

- Cầu “Bridge Street” ở Southfield, bang Michigan mômen thử tải gây ra đạt 90%mômen 2027,9KNm do tải trọng tiêu chân thiết kế bao gồm cả hệ số động lực Tảitrọng tiêu chuẩn của cầu Michigan MS -23 AASHTO HS 25

- Thử tải cầu Deans Mill Road bắc qua sông Hannacrois Creek thuộc quận Greene,

Anh 2005: 2 xe 15T xếp quay đầu gây ra mômen tương đương với mômen do tải

xe tăng 50T của lực lượng KFOR NATO.

Quy định về tải trọng thử tải của AASHTO cũng tương đương với quy trình thửtải cầu của Việt Nam Với các câu thiết kế theo quy trình mới 22TCN 272-05, nộilực thử trong kết cấu được quy định trong quy trình hiện hành 22TCN 170-87,22TCN 243-98 van đảm bảo sự phù hợp Nội lực do tải trọng thử sẽ so sánh với tảitrọng thiết kế va các hệ số và cách tính lay theo quy trình thiết kế mới 22 TCN 272-05 Qua các trình bày trên, dễ dàng nhận ra các quy định trong thử tải cầu tại ViệtNam va AASHTO là tương tự nhau Về lâu dai, ch ng ta cầằnb sung quy trình vềđánh giá cầu theo hệ số tải trong va sức kháng LRFR song hành với quy trình thiếtkế cầu theo hệ số tải trọng và sức kháng LRFD để đảm bảo sự thông nhất vềphương pháp tính toán trong thiết kế và kiểm định công trình

a twtaicd gtrì caut ¡ Việt Nam và trẻ T ê Giới.

1.3 Một số van dé trong công tác kiểm định cau hiện nay.- Đề kiểm định công trình cầu phải huy động số lượng máy móc, thiết bị, nhân lựcrất nhiều để chi nhận số liệu và các máy móc thiết bị công kénh, tốn kém, số liệu

thu thập có độ tin cậy và tính chính xác không cao.

- Phần lớn các hồ sơ kỹ thuật của các công trình cầu khi kiểm định đã bị thất lạchoặc có nhưng không đủ cơ sở dit liệu, trong quá trình kiểm tra cầu phải lập lại hiệntrạng công trình rất khó khăn, tốn kém và mat thời gian

- Qua trình thử nghiệm cầu không an toàn cho nhân viên kỹ thuật kiểm định, trongnhiều trường hợp sẽ gây thiệt hại lớn về người va tài sản Không cho phép xác địnhcác thông số cần đo trong điều kiện làm việc thực của công trình, quy trình kiểm tracầu hiện tại chủ yếu xác định các thông số cầu trong trạng thái tĩnh, trong khi côngtrình cầu hoạt động trong trạng thái động Đây là hai trạng thái khác nhau hoàn toànvề bản chất làm việc của kết cấu và trạng thái động có nguy cơ mất an toàn honnhiều lần so với trạng thái tĩnh Không theo dõi thường xuyên cầu và cũng không cócác dự báo vẻ biến cô có thé xảy ra đối với công trình đang khai thác

- Quy trình kiểm định cầu tương ứng với quy trình thiết kế vẫn chưa được ban hànhvà áp dụng, đây là vấn đề cần quan tâm hàng đầu trong kiểm định cầu, nhất là trongcông tác thử nghiệm đối với công trình cầu mới xây chân bị đưa vào sử dụng, đangkhai thác được thiết kế xây dựng theo TCVN 272-2005

1.4 Chan đoán, sự cần thiết chân đoán hư hỏng công trình cau.- Chân đoán công trình cầu là một quá trình logic nhận và phân tích các thông tintruyền đến người tiễn hành chân đoán từ các thiết bị sử dụng chân đoán để tìm ra

các hư hỏng, trạng thái kỹ thuật của công trình, t ng hợp triệu chứng hư hỏng cua

công trình khá phức tạp, trong khi đó lượng thông tin lại không đây đủ Vì vậy việcchọn các tham số chan đoán (triệu chứng chan đoán) đặc trưng cho trạng thái kỹthuật của đối tượng phải được tiễn hành trên cơ sở số lượng tin tức nhận được đốivới từng triệu chứng cụ thể Trong chân đoán thường sử dụng lý thuyết thông tin, độtin cậy thông tin, dao động, tan số dé xử lý kết quả

- Công tác chan đoán câu ngày cảng trở nên quan trọng khi tu i thọ công trình tăng

theo thời gian, lưu lượng xe càng tăng, tải trọng xe ngày càng nặng đồng thời khảnăng chịu tải của công trình ngày càng giảm, bên cạnh đó hầu hết các công trình cầu

ở nước ta hiện nay đang bước vao giai đoạn duy tu bảo dưỡng vì tu i thọ công trình

đã bắt đầu bước sang tu i 20 chưa kế đến những công trình cầu đã được xây dựngtrong thời kỳ kháng chiến chống Pháp, Mỹ và thời bao cấp, như vậy để đảm bảo antoàn giao thông tránh sự cô công trình sãy ra ảnh hưởng đến khả năng thông hành,tính mạng và tài sản của người tham gia giao thông và kinh tế quốc gia Vậy chânđoán cầu là hết sức cấp bách ở hiện tại và tương lai, đưa ra các biện pháp sửa chữacông trình để đảm bảo khả năng chịu tải, nâng cao khả năng thông hành và tải trọng

hiện tại.

1.4.1 T ng quan về chan đoán công trình cau.- Khảo sát công trình là một trong những giai đoạn của chân đoán nói chung, nóđược thi hành với các mức độ sơ sài hay kỹ lưỡng sau khi đã kiểm tra bằng quan sátvà nhận xét Nhìn chung, không có một phương pháp chung nào về khảo sát có thểđược áp dụng cho toàn bộ các loại cầu, ngay cả cho một loại cầu Việc lập ra một đềcương khảo sát sau kiểm tra chỉ tiết về những hư hỏng đã phát hiện trong | ¢ đi thịsát công trình khi cần hay những cuộc kiểm tra bằng quan sát đối với công trình mộtcách định kỳ hàng năm Nhìn chung về việc này cần phải có một ý tưởng ban đầuvề những nguyên nhân có thể gây nên những hư hỏng, và đó sẽ là ý kiến chỉ đạo

công tác khảo sát sau này.

Những mục tiêu chính của khảo sát được phân làm hai loại:

- Chân đoán chất lượng của các loại vật liệu hiện hữu.- Phân tích tình trạng làm việc thực tế của kết cau

Hai loại phân tích này ứng dụng những kỹ thuật và những biện pháp khảo sát ph

thông Tuy nhiên, thông thường hai mục tiêu này khảo sát cùng một lần Có thể xảyra sự phá hủy vật liệu, do có một tác động trực tiếp đến kết cau: ngược lại sự làmviệc không tốt của công trình làm ảnh hưởng đến kết cau cũng sẽ biểu thị bằng cáchu hong, ít nhất là cục bộ, đối với một vài loại vật liệu

Những biện pháp cho phép chan đoán trạng thái của vật liệu bao gồm;

- Những nghiên cứu và phân tích kết quả hư hỏng.- Những kỹ thuật kiểm tra vật liệu tại chỗ, hoặc bang cách quan sát, hoặc bằng cácPhương pháp tinh vi (chụp X quang, kiểm tra bang âm thanh, kiểm tra bằng điện từ

va các phương pháp điện hoá ).

Những biện pháp cho phép chan đoán sự làm việc của kết cau rất khác nhau khi

- Để xác định được nguyên nhân gây ra sự cố cần tiễn hành xem xét lại toàn bộ hồsơ công trình gồm hồ sơ khảo sát, thiết kế, các diễn biến trong quá trình thi công.Đồng thời căn cứ trên kết quả khảo sát tại hiện trường, ngoài ra còn cần phải tìmhiểu thêm quá trình vận hành sử dụng công trình nếu công trình đã được đưa vào sửdụng Phương pháp điều tra là: Liệt kê mọi nguyên nhân, sau đó dùng phương pháploại trừ dần để tìm ra nguyên nhân chính, chủ yếu Bài toán không đơn giản mà cần

dựa trên những nhận xét sau:

a Kiểm tra thiết kế:b Kiểm tra sai sót trong thi công:c Kiểm tra sai sót trong quá trình vận hành sử dụng công trình:

1.4.2 Nhận định về mức độ hư hỏng.

- Dé xác định được mức độ hư hỏng và kha năng chịu lực còn lại của kêt cau có thê

tiên hành phân tích tính toán căn cứ vào các sô liệu đo được tại hiện trường, nhưng

tốt nhất là nên áp dụng phương pháp thử tải Tuy phương pháp này đòi hỏi tốn kémvà nhiều thời gian nhưng cho độ tin cậy cao nhất Tuy vậy, để có phương hướng xửlý sự có, ch ng ta nhận dạng so bộ dựa theo kinh nghiệm có thể xếp tình trạng hư

hong cua công trình 5 mức độ hư hỏng nặng nhẹ khác nhau va cách xử lý được nêu

bên dưới.

Bảng 1 3 Bang phân cap mức độ hư hỏng kết cau công trình và phương hướng xử

lý.

Stt| Hư ó g Diễ biế P wo g ướ øxử ý

Không có biéu hiện bién dạng, không bị

| | Râtnhẹ ¬ Sửa chữa định kỳ

nứt Khả năng chịu tải còn lại >95%.

Không quan sát được biến dạng băng mắt

2 Nhẹ ¬ Sửa chữa cục bộ

thường Kha năng chịu tải còn lại > 90%.

Biên dạng không lớn Tình trạng nứt nhiêu

3 Vừa SỐ Sửa chữa cục bộ

Khả năng chịu tải còn lại trên 70%.

Biên dạng tương đối lớn, vượt quá giới han

4 Nang cho phép Kha nang chiu tai con lai trén Sua chữa lớn

60%.

, Biến dang lớn, nứt tram trong Kha năng

5 | Rat nang Sua chữa toàn diện

chịu tải còn lại dưới 60%.

6 Sụp đ

1.5 Tinh hình duy tu bảo dưỡng công trình cầu hiện nay.- O nước ta khái niệm về bảo trì công trình cau chưa có được vi trí xứng đáng Hau

như các công trình câu không được bảo trì đ ng mức, chi mới coi trọng việc hoàn

thành, t chức bàn giao còn khi công trình đưa vào khai thác thì không có chính

sách chăm sóc cho công trình mà còn làm ngơ trước sự kiệt quệ của những tài sản

qúy giá này Hình ảnh của sự xuống cấp nhanh, tình trạng chất lượng đáng lo ngạicủa các công trình cầu hiện tại là một minh chứng nhãn tiền của “van dé bao trìcầu” ở nước ta Tình hình trên cho thấy sự cân thiết và tính cấp bách trong việc lựachọn chính sách cải tạo nâng cấp chương trình bảo trì cầu hiện phải song hành với

việc xây dựng các công trình mới.

- Theo ước tính, mạng lưới đường bộ nước ta có trên 20.000 cầu với nhiều loại vàquy mô khác nhau Hệ thống quản lý tuy chưa có phân loại chính thức, nhưng theocác đợt khảo sát gần đây van còn hàng nghìn cầu yếu, câu hep, tải trọng thiết kếkhông đáp ứng vận tải và không đồng bộ với tuyến đường Chỉ tính riêng kế hoạchsửa chữa nhỏ và vừa dé đảm bảo giao thông năm 2012 các Khu quản lý đường bộcó hàng chục dự án sửa chữa cầu

- Hệ thống kết cau hạ tang giao thông đường bộ thiếu, chất lượng hạn chế, khôngđồng bộ, chưa đáp ứng yêu cầu vận tải ngày càng gia tăng Nguyên nhân là do đầutư xây dựng chưa theo kịp nhu cầu vận tải, công tác bảo trì chưa tốt dẫn đến kết cauhạ tầng giao thông đường bộ sau khi đưa vào khai thác nhanh hư hỏng, xuống cấp

Phương thức lựa chọn đơn vị quản lý và duy tu bảo dưỡng còn lạc hậu, chưa tạo

điều kiện xã hội hóa mạnh mẽ công tác này, t chức bộ máy làm công tác quản lý

bảo trì chậm đ 1 mới, có mặt chưa phù hợp với chính sách pháp luật hiện nay.

- Trình độ khoa học kỹ thuật, thiết bị, công nghệ sử dụng trong lĩnh vực bảo trì thấp,

1.6 Bài toán chân đoán công trình.Trong quá trình sử dụng trạng thái kỹ thuật của công trình cầu thay đ ¡ dần theothời gian khó biết trước được Tiến hành chân đoán xác định trạng thái kỹ thuật củacầu dựa trên cơ sở số liệu thống kê xác suất, tần suất đao động của các trạng thái kỹthuật đó Thí dụ, trạng thái kỹ thuật của dầm cầu có thể ở ba trạng thái: tốt (khảnăng chịu lực vượt xa so với tải thiết kế), n định (khả năng chịu lực đảm bảo tảithiết kế) và bất n định (khả năng chịu lực không đảm bảo tải thiết kế) Ta giả thiết

rằng, xác suất của trạng thái kỹ thuật tốt là rất lớn 0,9, còn xác suất của hư hong 0,1

vay kha năng dé xảy ra các sự cô luôn tôn tai đôi với môi công trình.

1.6.1 Các van dé liên quan đến bài toán chân đoán câu.- Bài toán chân đoán kỹ thuật là một bài toán ngược, để chân đoán chính xác cáckhuyết tật hay hư hỏng của công trình thì cần phải đầy đủ các dữ liệu như:

+ Hồ sơ thiết kế công trình bao gồm bản vẽ thiết kế thi công, hồ sơ địa chất va cácchỉ dẫn kỹ thuật (nếu có)

+ Hồ so hoan công, bản vẽ chi thiết thi công, giấy tờ chứng nhận chất lượng vật

liệu.

+ Hồ sơ bệnh án công trình như lich sử thi công, sửa chữa và công tác duy tu bảo

dưỡng hàng năm, lịch sử khai thác công trình.

Tuy nhiên hầu hết các công trình ở Việt Nam hiện nay các thông số này gần nhưkhông có hoặc có nhưng không đủ và độ tin cậy không cao, bên cạnh đó trang thiếtbị và đội ngũ kỹ thuật viên không đạt được như kỳ vọng đã làm ảnh hưởng trực tiếpđến bài toán chân đoán kỹ thuật, số lượng các biến trạng thái của công trình đo đượcrat ít không đủ dé đáp ứng để giải các hàm tham biến công trình, và một số thông sốkỹ thuật rất khó dé xác định trong quá trình đo thực tế, đồng thời cần phải dựa vàonhiều tiêu chân lý thuyết khác nhau để chọn được hệ phương trình và các nghiệm

phương trình phù hợp.

1.6.2 Nội dung của bài toán chân đoán kỹ thuật công trình.- Đánh giá kết cấu của công trình đang khai thác dựa trên các thông số đầu vào từhồ sơ công trình từ khi xây dựng đến thời điểm chân đoán kỹ thuật và thông qua các