tiểu luận cầu ứng suất nhịp lớn

Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa TIỂU LUẬN CẦU BTƯST NHỊP LỚN Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 1 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU BTCT VÀ BTCT DƯL 1.1. Giới thiệu chung về cầu BTCT: Ngay từ khi ngành sản xuất thép mới ra đời, người ta đã nghó tới việc đặt cốt thép trong bêtông để tận dụng khả năng của mỗi loại vật liệu. Chiếc cầu bêtông cốt thép đầu tiên ra đời vào năm 1875 tại Pháp do kỹ sư Monle thiết kế, cầu có dạng vòm dài 16m, rộng 4m cho người đi bộ. Trong những năm tiếp theo, các cầu bê tông không được phát triển rộng rãi nữa vì thiếu những cơ sở tính toán và số liệu nghiên cứu về khả năng chòu lực của kết cấu BTCT. Đến cuối thế kỷ 19, thì cầu BTCT bắt đầu phát triển rộng rãi với sự áp dụng phương pháp tính toán ứng suất cho phép. Sang đầu thế kỷ 20, cầu BTCT được phát triển ngang với cầu thép, gỗ. Ban đầu, cầu BTCT thường có dạng kết cấu bản dầm, vòm, dần dần các nhòp cầu bắt đầu được xây dựng dài hơn (cầu Stockhon Thụy Điển nhòp dài 181m, cầu Eooe Pháp có 3 nhòp, mỗi nhòp dài 186m, cầu Esla Tây Ban Nha 3 nhòp, mỗi nhòp dài 205m …). Sau chiến tranh thế giới thứ II, các cầu BTCTDƯL bắt đầu phát triển rộng rãi ở châu Âu. Với sự ứng dụng của công nghệ BTCTDƯL, hàng loạt cầu có nhòp lớn đã được hình thành với nhiều kiểu dáng khác nhau (cầu dây văng, dây võng, cầu vòm…) 1.2. Đặc điểm của cầu BTCT DƯL: Khuynh hướng tăng chiều dài kết cấu nhòp cầu bêtông cốt thép dẫn tới ý tưởng sử dụng vật liệu cường độ cao, trong đó cường độ bêtông có thể Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 2 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa đạt tới cấp 40- 60 MPa hoặc hơn, cốt thép cường độ cao có thể đạt 1800- 1900 MPa. Sử dụng vật liệu cường độ cao có lợi về mặt kinh tế vì có thể giảm khối lượng vật liệu, hạ giá thành riêng (giá thành trên đơn vò cường độ vật liệu). Tuy nhiên, để đạt được cường độ cao trong cốt thép thì trong bêtông thường xuất hiện các vết nứt, làm gỉ cốt thép, giảm tuổi thọ công trình. Để bêtông không bò nứt khi chòu kéo thì có thể dùng cốt thép tạo lực nén trước cho phần bêtông chòu kéo. Bêtông được ép trước tạo độ chặt, độ kín nước và kín khí độc, do đó tăng tuổi thọ của kết cấu, đặc biệt tuổi thọ chòu mỏi. Như vậy kết cấu bêtông dự ứng lực có thể triệt tiêu được ứng suất kéo trong bêtông, ngăn ngừa các vết nứt và sử dụng được bêtông và cốt thép cường độ cao, giảm trọng lượng bản thân và tăng chiều dài nhòp. Bêtông dự ứng lực làm tăng độ cứng của kết cấu chòu uốn, vì tiết diện làm việc như một tiết diện nguyên gồm tất cả các loại vật liệu cấu thành tiết diện, trong khi đó với dầm bêtông cốt thép, phần bêtông chòu kéo không tham gia làm việc, nhưng tham gia vào tải trọng cần gánh chòu. 1.2.1. Kết cấu căng trước: Kết cấu căng trước được thực hiện trên nguyên tắc căng trước cốt thép trên bệ cố đònh hoặc trên ván khuôn thép đủ chòu lực căng, đặt cốt thép thường và đổ bêtông dầm. Sau khi bêtông đã đạt cường độ mới cắt cốt thép để truyền trực tiếp lực căng vào kết cấu. 1.2.2. Kết cấu căng sau: Kết cấu căng sau, hay còn gọi là kết cấu căng trên bêtông là kết cấu trong đó dầm được chế tạo trước, trong dầm có chừa sẵn các lỗ để luồn các bó cốt thép Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 3 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa Sau khi bêtông đạt đủ cường độ, tiến hành căng cốt thép, tựa vào hai đầu dầm để truyền lực nén vào bêtông. Lực căng trước được giữ bằng các neo bố trí ở hai đầu bó dây, tì trực tiếp lên bêtông đã đông cứng. Việc căng kéo các bó cáp thường thực hiện bằng các kích thủy lực. Trong kết cấu căng sau, thường dùng các bó cốt thép nhiều sợi, các tao cáp 7 sợi đường kính 12,7mm, 15,2mm hoặc bó lớn gồm nhiều tao. Sau khi căng và neo giữ cốt thép, nếu ống bọc cáp được bơm đầy vữa thì kết cấu được gọi là có dính kết giữa thép và bêtông, nghóa là sau khi vữa khô cứng, cốt thép và bêtông không thể trượt lên nhau, biến dạng của cốt thép và bêtông trong mỗi tiết diện đều bằng nhau, bêtông và cốt thép cùng làm việc như một tiết diện liên hợp. Nếu ống bọc không được bơm vữa, thì kết cấu được gọi là không dính kết, trong đó khi chòu lực, cốt thép và bêtông với biến dạng khác nhau có thể trượt tự do lên nhau. Trường hợp này, khi chòu tải kết cấu làm việc như một dầm được tăng cường bằng một thanh căng. Các bó cốt thép trong kết cấu căng sau có thể đặt trong hoặc ngoài bêtông, nếu bó cốt thép đặt ngoài ta gọi là kết cấu căng ngoài. Kết cấu căng ngoài thường là kết cấu không dính kết. Kết cấu căng ngoài có những đặc điểm sau:  Cốt thép nằm ngoài bêtông nên dễ kiểm tra thay thế  Cốt thép căng ngoài có thể dùng trong các thiết kế mới hoặc kết cấu cầu cũ, khi cần sữa chữa tăng cường khả năng chòu tải của cầu.  Do cốt thép không nằm trong bêtông nên kích thước dầm có thể nhỏ hơn và chế tạo đơn giản hơn. Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 4 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa  Cốt thép căng ngoài do không có dính bám nên khi bò hỏng neo thì cả bó hết tác dụng lực căng.  Cốt thép căng ngoài làm việc không dính bám nên có độ võng lớn hơn. Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 5 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY RA HƯ HỎNG TRONG CẦU BTCT 2.1. Các dạng hư hỏng thường gặp: Trong quá trình khai thác sử dụng, các công trình cầu BTCT đã xuất hiện một số khuyết tật: 2.1.1. Xuất hiện vết nứt: (nứt bản mặt cầu, nứt dầm ngang, dầm dọc…) Bêtông là vật liệu chòu nén tốt, khả năng chòu kéo kém, do đó các vết nứt thường xuất hiện trong các vùng bêtông chòu kéo. Các vết nứt này dần dần mở rộng và gia tăng gây ảnh hưởng bất lợi đến khả năng khai thác của công trình. Khi xuất hiện các vết nứt, nước sẽ ngấm vào bên trong cấu kiện, làm gỉ, gây sự trương nở cốt thép dẫn đến khả năng dính bám giữa bêtông và cốt thép ngày càng giảm đi. Vết nứt bản mặt cầu và dầm ngang sẽ làm mất đi tính toàn khối, không còn khả năng phân bố lực đồng đều lên các dầm, khi đó dầm sẽ chòu lực cục bộ. Vết nứt dầm dọc làm giảm khả năng phân phân bố nội lực trong các dầm dọc, dẫn đến dầm bò biến dạng không đều. 2.1.2. Vỡ bêtông: Khi bêtông bò vỡ làm giảm tiết diện cấu kiện, cốt thép bò lòi ra ngoài và dễ bò ăn mòn. Khi cốt thép bò gỉ gây sự trương nở thể tích dẫn đến khả năng dính bám giữa bêtông và cốt thép ngày càng giảm đi. Trường hợp cốt thép bò đứt, gãy sẽ gây biến dạng, mất ổn đònh cấu kiện gây ảnh hưởng bất lợi đến khả năng khai thác của công trình. Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 6 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa 2.1.3. Khuyết tật bề mặt: Các khuyết tật bề mặt: rổ tổ ong, sự phân rã, vết nứt,…cũng thường xuất hiện trong kết cấu BTCT do ảnh hưởng của môi trường làm giảm khả năng khai thác của công trình. 2.2. Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình: Có nhiều nguyên nhân gây hư hỏng công trình, sau đây là một số nguyên nhân thường xảy ra: 2.2.1. Do thi công:  Lớp bêtông bảo vệ cốt thép không đủ.  Bảo dưỡng bêtông không đảm bảo.  Sai sót trong quá trình căng cáp.  Sự cố khi tháo lắp coffa.  Bêtông không được đầm nén tốt khi thi công… 2.2.2. Do vật liệu: Bêtông và cốt thép là những loại vật liệu rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường. Dưới tác động của môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, hóa học…) bêtông và cốt thép sẽ bò suy thoái theo thời gian:  Bêtông bò nứt, bong tróc do sự thay đổi nhiệt độ đột ngột của môi trường.  Bêtông bò thấm nước, dẫn đến sự xâm thực của nước, gây gỉ thép.  Bề mặt bêtông tiếp xúc trực tiếp với CO 2 sẽ bò mất tính kiềm.  Cốt thép bò gỉ do tác động của môi trường trước khi đổ bêtông.  Bêtông không đủ cường đôï chòu nén khi căng cáp.  Bêtông bò ăn mòn dưới tác động môi trường. Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 7 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa 2.2.3. Do thiết kế: Trong quá trình thiết kế chọn sai sơ đồ tính, áp dụng các nguyên lý tính toán, kiểm toán sai, dẫn đến kết quả cốt thép bố trí không đúng với sơ đồ làm việc thực của kết cấu. 2.2.4. Do khai thác, duy tu, bảo dưỡng: Trong quá trình khai thác, do nhu cầu vận tải ngày càng lớn trong khi tuổi thọ của công trình lại tăng, sẽ không đảm bảo khả năng chòu lực, nếu không có biện pháp duy tu sữa chữa kòp thời sẽ dẫn đến công trình bò hư hỏng, phá hoại. Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 8 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP SỮA CHỮA, TĂNG CƯỜNG 3.1. Đúc thêm bản mặt cầu: Một số cầu, trong quá trình khai thác bản mặt cầu bò nứt ảnh hưởng đến tính toàn khối của công trình, lúc này các dầm mất đi khả năng cùng nhau làm việc. Khi đó cần phải đúc thêm bản mặt cầu nằm trên bản mặt cầu cũ. Biện pháp này sẽ làm cho độ cứng của bản tăng lên, tạo sự phân bố áp lực đồng đều hơn. Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm: tải trọng của hệ tăng lên do phần bản mặt cầu đúc thêm (lúc này cần phải kiểm tra lại khả năng chòu lực của các kết cầu mố trụ). 3.2. Đúc thêm dầm ngang: Với những cầu BTCT lắp ghép khẩu độ nhỏ, khi các cáp ngang căng sau của kết cấu nhòp bò đứt, hoặc chùng, liên kết ngang của kết cấu nhòp bò giảm yếu làm xuất hiện những vết nứt dọc theo khe nối các dầm làm cho các dầm chủ làm việc độc lập nhau. Khi đó cần tăng cường độ cứng bằng cách tạo thêm các dầm ngang mới và bổ sung thêm các cáp DƯL tại các dầm ngang đầu nhòp. Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 9 13700 10500 2000500 700 VẾT NỨT MẶT CẦU VẾT NỨT MẶT CẦU PHẦN BMC ĐÚC THÊM Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa Biện pháp này góp phần làm tăng độ cứng của hệ, tạo sự phân bố áp lực đồng đều hơn. Tuy nhiên biện pháp này cũng làm tăng tải trọng công trình, ảnh hưởng đến sự làm việc của các kết cấu bên dưới. 3.3. Dán bản thép ngoài tăng cường dầm chủ: Hiện nay đã có nhiều công trình dùng phương pháp sữa chữa này: cầu Bà Rén (Quảng Nam), cầu Trần Thò Lý (Đà Nẵng), các cầu thuộc hệ thống đường sắt… Các dầm BTCT bò nứt, vỡ bêtông đều có thể áp dụng biện pháp này để sữa chữa. Phương pháp này là dùng các bản thép dày 6-10mm dán lên bề mặt đáy hoặc mặt bên của kết cấu nhòp có xuất hiện vết nứt, chất keo dán là keo epoxy. Phương pháp này có tác dụng làm tăng cường khả năng chòu moment uốn (dán trực tiếp bản thép dưới đáy dầm) và chòu lực cắt của dầm (dán bao quanh đáy và sườn dầm). Ưu điểm của phương pháp này là: công nghệ đơn giản, vật liệu có sẵn, không đòi hỏi thiết bò phức tạp, thi công nhanh, giá thành rẻ, trọng lượng Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 10 DẦM NGANG TĂNG CƯỜNG DẦM NGANG ĐẦU NHỊPDẦM NGANG ĐẦU NHỊP BẢN THÉP DÁN BÊN SƯỜN BẢN THÉP DÁN DƯỚI ĐÁY DẦM [...]... ] DUL : ứng suất sinh ra do DƯL tăng cường ' Trong đó:  Lực căng trong cáp được xác đònh như sau: N T = FT ( σ TK − σ hao ) Trong đó: [σ ] TK : ứng suất tiêu chuẩn của cáp DƯL [σ ] h ao : tổng mất mát ứng suất trong cáp DƯL FT diện tích cáp DƯL :  Khi cáp đặt lệch tâm, ta được các ứng suất sau: σ cd = NT NT e + yd FT I td Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 21 Tiểu luận Cầu BTƯST... kết cấu các ứng suất trước nhằm bù trừ cho các ứng suất do tải trọng sinh ra: [σ ] = [σ ] DUL + [σ ] TT ≤ [σ ] CP [σ ] DUL : ứng suất sinh ra do DƯL Trong đó: [σ ] TT : ứng suất do tải trọng tác dụng [σ ] CP : ứng suất cho phép  Mục đích của DƯL tăng cường : là tạo ra trong trong kết cấu cũ các ứng suất trước tăng cường nhằm tăng khả năng bù trừ các ứng suất do tải trọng sinh ra : [ σ ] = [ σ ] DUL... đàn hồi của cốt thép DƯL Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 19 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS Vũ Xuân Hòa 5.4.4 Mất mát ứng suất σ5 do ma sát: Hiện tượng này xảy ra do ma sát giữa cáp với cáp, cáp với thành ống, và tại các vò trí chuyển hướng: Mất mát ứng suất do ma sát với thành ống: σ 5 = σ KT (1 − e − ( kx +1.3 µθ ) ) Trong đó: σKT : ứng suất kéo trong cáp ban đầu sau khi... tùy theo tuổi bêtông ở thời điểm nén bêtông, mác bêtông, điều kiện cứng bêtông, thông thường: ϕτ = 1.5 – 3.0; εc = 0.00005 – 0.00015 Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 18 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn σb : GVHD: TS Vũ Xuân Hòa ứng suất trong bêtông ở thớ qua trọng tâm cốt thép đang xét do DƯL có kể đến mất mát ứng suất gây ra (với kéo sau, xét đến 0.5σ3, σ4, và σ5) φ : hàm số xét... NGANG ĐẦU NHỊP CÁP DƯL NGOÀI DẦM NGANG TRUNG GIAN DẦ M NGANG ĐẦU NHỊP Ụ CHUYỂ N HƯỚNG  Neo đặt vào các bộ phận kết cấu đặt bổ sung: CÁP DƯL NGOÀI CẤU KIỆN BỔ SUNG DẦM CHỦ Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 14 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS Vũ Xuân Hòa D ƯL CẦU H IỆN HỮU DƯL CẦU HIỆN HỮU DẦM NGANG NEO D Ầ M NGAN G NEO DƯL DÍN H B ÁM DƯL DÍNH BÁM DƯL TĂN G CƯỜN G DO ÏC CẦU DẦ... tâm dầm đến thớ dưới và thớ trên Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 22 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS Vũ Xuân Hòa  Tính duyệt theo TTGH sử dụng : 5.5.1 Kiểm tra ứng suất nén thớ trên bê tông trong quá trình khai thác : σ KT ' '  NT NT e'  M TT NT NT e = − yt +  ' − yt ÷+ yt ≤ [ σ n ] FT I td I td  FT  I td Với [ σ n ] : ứng suất nén cho phép trong bê tông giai đoạn... H30 6.5 Công trình Cầu Sài Gòn - TP Hồ Chí Minh: Cầu Sài Gòn được gia cố bằng một hệ thống DƯL mới đặt ngoài bê tông theo chiều dọc và ngang cầu Việc DƯL ngoài thực hiện bằng các dây cáp 4T15 và 7T15, được bôi mỡ và bọc mỡ nằm trong ống HDPE bơm Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 26 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS Vũ Xuân Hòa xi măng chạy dọc theo chiều dọc cầu liên kết 4 nhòp,... pháp phổ biến nhất, có độ tin cậy cao trong việc sửa chữa, nâng cấp các công trình cầu cũ bê tông cốt thép thường, cầu thép cũng như cầu BTCT DƯL Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 28 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS Vũ Xuân Hòa TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 PGS PTS NguyễnViết Trung, KS Hoàng Hà Giáo trình cầu BTCT tập 1 Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội - 1999 2 GS TS NguyễnViết... cầu 20 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS Vũ Xuân Hòa Trong đó: ∆σb : ứng suất bêtông ở thớ qua trọng tâm cốt thép, gây ra do căng một cốt thép (đã xét đến σ4 và σ5) Z: số cốt thép được căng sau khi căng bó mà ta muốn xác đònh sự giảm ứng suất n: tỉ số modun đàn hồi thép DƯL và bêtông 5.5 Tính duyệt kết cấu theo TTGH sử dụng :  Mục đích của DƯL : là tạo ra trong trong kết cấu các ứng suất trước... chữa, nâng cấp, công trình khai thác tốt, tải trọng khai thác tăng từ HS20-44 (tương đương H18) lên H30 Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 27 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN Phương pháp ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa và nâng cấp cầu là phương pháp mang lại hiệu quả rất cao, không chỉ cho việc khôi phục lại khả năng làm việc của kết cấu mà . Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa TIỂU LUẬN CẦU BTƯST NHỊP LỚN Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 1 Tiểu. nâng cấp cầu 8 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP SỮA CHỮA, TĂNG CƯỜNG 3.1. Đúc thêm bản mặt cầu: Một số cầu, trong quá trình khai thác bản mặt cầu bò nứt. võng lớn hơn. Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu 5 Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY RA HƯ HỎNG TRONG CẦU BTCT 2.1.