Đề cương kiểm định cầu 2019 trương thế vinh

+ Loại C: có những khuyết tật hay hư hỏng mà hiện tại chưa ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng chịu lực của cầu, nếu hư hỏng và khuyết tật phát triển thì sẽ làm suy giảm

KHAI THÁC VÀ KIỂM ĐỊNH CẦU

I PHẦN Lí THUYẾT:

1 Nội dung cụng tỏc quản lý và khai thỏc cầu?

▪ Nội dung cụng tỏc quản lý cầu:

• Quản lý hồ sơ cầu:

✓ Hồ sơ thiết kế:

- Do ban QLXD CT bàn giao cho cơ quan quản lý khi công trình đã được xây dựng xong

- Hồ sơ bao gồm:

+ Căn cứ thiết kế

+ Quy mô tải trọng thiết kế

+ Tình hình địa chất, thủy văn

+ Quy trình sử dụng để thiết kế

+ Toàn bộ các bản vẽ cấu tạo, thi công công trình

✓ Hồ sơ hoàn cụng và hồ sơ đăng kớ trạng thỏi ban đầu của CT: bao gồm:

+ Hồ sơ mặt bằng sau khi thi công

+ Các bản vẽ CT sau khi thi công, thể hiện (cao độ, kích thước, vật liệu…)

+ Biên bản kết luận đánh giá của đơn vị thi công, của ban quản lý công trình

+ Hồ sơ thử tải nếu có

+ Tài liệu tổng kết thi công CT

+ Những quy định về chế độ khai thác, duy tu và bảo dưỡng cầu

✓ Hồ sơ kiểm tra cầu:

+ Kiểm tra thường xuyên: kiểm tra định kỳ, có thể 3 tháng, 6 tháng, hoặc một năm

+ Kiểm tra đột xuất: kiểm tra không định kỳ, tiến hành sau những sự cố tác động xấu đến công trình như lũ lụt, động đất, hỏa hoạn, tai nạn giao thông…

+ Kiểm tra chi tiết: đây có thể là kiểm tra định kỳ cho cầu lớn, 5 năm một lần, nhưng cũng

có thể không định kỳ

✓ Hồ sơ sửa chửa/ tăng cường cầu:

• Quản lý tỡnh trạng kỹ thuật của cầu:

✓ Mục đớch quản lý:

2

- Để nắm những hư hỏng hiện có trên công trình → chế độ duy tu, bảo dưỡng, khai thác

- Để nắm tình trạng kỹ thuật của cầu → tiến hành công tác kiểm tra đối với từng bộ phận của công trình cầu

✓ Kiểm tra hệ thống mặt cầu và đường vào đầu cầu:

+ Mối nối cánh dầm, mối nối dầm ngang

✓ Kiểm tra KCN cầu thộp:

+ Dầm chủ cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT

+ Các thanh dàn chủ, nút liên kết cầu dàn

+ Hệ dầm mặt cầu của cầu dàn

+ Mối nối dầm chủ, mối nối thanh, liên kết dầm ngang với dầm dọc, dầm ngang với dàn chủ, liên kết đầm ngang với sườn dầm chủ, các liên kết của hệ liên kết ngang và hệ liên kết dọc

✓ Kiểm tra gối:

+ Tiếp xúc giữa đáy dầm và gối

+ Bulông liên kết thớt dưới với đá kê gối

+ Hộp sắt bảo vệ gối thép

+ Sự lão hoá của gối cao su

✓ Kiểm tra mố, trụ cầu:

+ Bản quá độ

✓ Tổ chức kiểm định cầu:

▪ Nội dung cụng tỏc khai thỏc cầu:

• Kiểm soỏt chế độ khai thỏc với cụng trỡnh:

✓ Bao gồm: tải trọng, tốc độ, khoảng cỏch xe, cỏc biển bỏo

• Duy tu, bảo dưỡng thường xuyờn:

+ Thực hiện nhắm duy trỡ tỡnh trạng ổn định, khắc phục cỏc hư hỏng của bộ phận kết cấu, để khai thỏc cầu an toàn, lõu dài

+ Tiến hành bảo dưỡng thường xuyờn, định kỡ

• Đầu tư sửa chữa, tăng cường cầu:

+ Căn cứ vào hồ sơ quản lý mà cơ quan quản lý từng cấp để cú kết hoạch cho đầu tư, duy tu, sửa chửa thường xuyờn, sửa chửa lớn, hoặc tăng cường cầu

2 Cỏc dạng hư hỏng phổ biến trong cụng trỡnh cầu (Kết cấu nhịp và Kết cấu phần dưới)?

▪ Hư hỏng KCN cầu BTCT/ BTCT DƯL:

• Hiện tượng bờ tụng bị nứt:

vết nứt trờn dầm giản đơn

vết nứt trờn gối

Vết nứt trờn dầm liờn tục do trụ bị lỳn

vết nứt trờn dầm chớnh tại gối dầm neo

✓ Vết nứt do co ngút:

+ Do quỏ trỡnh co ngút khụng đều

+ Do hàm lượng xi măng quỏ nhiều trong hỗn hợp bờ tụng

+ Vết nứt này phõn bố ngẩu nhiờn, khụng định hướng, chiều dài ngắn, nhỏ li ti

✓ Vết nứt nghiờng:

+ Xuất hiện ở bụng dầm do suất kộo chủ quỏ lớn

4

+ Làm giảm năng lức chịu tải của KCN BTCT DUL

✓ Vết nứt dọc:

+ Xuất hiện chỗ tiếp giáp giữa cánh dầm với bụng dầm

+ Do sai sót trong công nghệ chế tạo kết cấu

✓ Vết nứt ngang trong bản cánh:

+ Do momen uốn/ DUL nén quá lớn

+ Đối với dầm gỉn đơn trong quá trình khai thác vết nứt này có thể khép lại

✓ Vết nứt ngang ở bầu dưới ở vùng chịu kéo chứa cốt thép DUL:

+ Do thiếu DUL; mất mát DUL quá nhiều do co ngót từ biến của bê tông; mấu neo làm việc không bình thường → tạo điện cho cốt thép DUL bị ăn mòn và giảm tuổi thọ

✓ Vết nứt ở bên trên thớt gối:

+ Do cốt thép đặt ở đầu dầm không đủ và cấu tạo dầm không hợp lý

+ Do KCN không tựa khít đều lên gối cầu → tăng lực xung kích

✓ Vết nứt nằm ngang ở đoạn đầu bê tông nhịp:

+ Xuất hiện do ứng suất cục bộ quá lớn

+ Phát triển trong thời kì khai thác cầu

• Hư hỏng do chất lượng bề mặt bê tông:

+ Bề mặt bê tông bị rỗ do đầm nén không kĩ, bê tông không đủ độ sụt cần thiết

+ Bề mặt bê tông không phẳng

• Bê tông bị ăn mòn:

+ Do hiện tượng cacbonat hóa: giảm độ kiềm trong bê tông gây ăn mòn cốt thép

+ Do hiện tượng sunfat: tạo thêm thạch cao, tăng thể tích gây rạn nứt bê tông

+ Do hiện tượng ăn mòn Clo

• Hiện tượng cốt thép bị ăn mòn:

+ Do chiều dày lớp bê tông bảo vệ mỏng

+ Do hàm lượng 𝐶𝑙−; 𝑆𝑂42− trong bê tông vượt ngưỡng cho phép

- Nứt hoặc đứt gẫy:

✓ Do sự phỏ hoại của mỏi

✓ Nứt cũn phỏt sinh ở mối hàn

✓ Đứt góy xảy ra tại cỏc chi tiết cú tiết diện chịu lực khụng đủ

- Cong, vênh các thanh hoặc một nhánh của thanh, cánh của dầm thép Do va chạm của xe hoặc thuyền bè đi dưới cầu nhất là khi tĩnh không thông xe và thông thuyền thấp

- Lỏng đinh tán, đầu đinh tán, bulông bị ăn mòn, mất đinh tán, bulông

▪ Hư hỏng mố; trụ cầu:

• Ăn mũn do hiện tượng phong húa:

+ Xuất hiện ở những chỗ biờn độ mực nước thay đổi

+ Bề mặt bị bào mũn, trơ đỏ

• Va xụ của tàu thuyền:

• Cỏc vết nứt trờn thõn mố trụ cầu:

+ Vết nứt ngang tại mối nối thi cụng: vị trớ tiếp giỏp giữa thõn bệ, thõn xà mũ, thõn mố tường đỉnh, thõn mố tường cỏnh

+ Vết nứt thẳng đừng: do tải trọng trờn KCN truyền xuống

• Chuyển vị mố trụ:

+ Do hiện tượng xúi lỡ, sụt lỳn gõy ra

• Lỳn nền đắp sau mố sụt lở phần tứ nún:

• Hư hỏng đối với múng:

+ Xũi cục bộ làm giảm khả năng chịu tải của múng cọc ma sỏt

3 Kiểm tra, đỏnh giỏ, phõn loại chất lượng kỹ thuật cụng trỡnh?

▪ Mục đớch phõn loại:

+ Phân loại chất lượng cầu là công việc rất cần thiết để phục vụ cho việc khai thác duy tu, sửa chữa cầu Việc phân loại cầu còn giúp cho các cơ quan quản lý có một kế hoạch đúng đắn về sửa chữa, tăng cường hoặc xây dựng cầu mới thay thế cho cầu cũ đã hư hỏng

+ Phõn loại theo ESCAP:

• Biên độ biến dạng

6

• Mức độ ảnh hưởng đến an toàn vận tải

• Sự cấp thiết phải tiến hành các biện pháp để duy trì chức năng làm việc bình thường của công trình

▪ Nội dung phõn loại (4 loại):

+ Loại A: Loại A bao gồm những cầu có chất lượng còn tốt, không có khuyết tật hay hư hỏng hoặc

có nhưng không đáng kể, không cần sửa chữa

+ Loại B: Loại này bao gồm các cầu có hư hỏng hay khuyết tật nhưng ở mức độ nhẹ, sự phát triển của hư hỏng hay khuyết tật chưa rõ ràng và không đáng lo ngại

+ Loại C: có những khuyết tật hay hư hỏng mà hiện tại chưa ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng

kể đến khả năng chịu lực của cầu, nếu hư hỏng và khuyết tật phát triển thì sẽ làm suy giảm khả năng chịu lực của cầu

+ Loại D: có những hư hỏng đáng kể đã hoặc sẽ làm suy giảm chức năng chịu lực của cầu:

Loại D1: Thuộc loại này khi công trình đã có những hư hỏng, tuy nhiên hiện tại công trình không

có vấn đề về an toàn nhưng chức năng làm việc của chúng có thể bị ảnh

Loại D2: Công trình thuộc loại D2 khi trên công trình có những hư hỏng, hiện tại công trình chưa

có vấn đề về an toàn như chức năng làm việc của chúng đã bắt đầu bị ảnh h…ởng, do đó cần tiến hành sửa chữa sớm

Loại D3: Thuộc loại này là các công trình có hư hỏng lớn, không còn khả năng khai thác bình thường, phải tiến hành sửa chữa hay tăng cường ngay lập tức, khi chưa sửa chữa kịp phải giảm tải trọng khai thác của cầu

4 Nội dung của đề cương thử nghiệm cầu?

▪ Căn cứ lập đề cương:

- Quyết định giao nhiệm vụ

- Hợp đồng giữa cơ quan thực hiện công tác TN với cơ quan chủ công trình

- Hồ sơ thiết kế, hồ sơ quản lý cầu

- Các quy trình, quy phạm kỹ thuật hiện hành có liên quan đến công tác thử nghiệm

- Các quy trình quy phạm hiện hành liên quan đến công tác thử nghiệm cầu:

+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 - 05

▪ Giới thiệu chung về đề cương:

- Vị trí cầu, cơ quan QL, năm xây dựng, năm khai thác, tải trọng thiết kế, tải trọng khai thác

- Kết cấu bên trên: số nhịp, sơ đồ nhịp, loại kết cấu, kích thước dầm, bản

- Kết cấu bên dưới: cấu tạo mố, cấu tạo trụ

- Hiện trạng cầu: tình trạng khai thác và các hư hỏng xuất hiện trên cầu…

▪ Nội dung thử nghiệm cầu:

+ Đo đạc kích thước các bộ phận, đo cao độ để xác định tình trạng hiện tại của cầu so với trạng thái ban đầu

+ Xác định các hư hỏng bao gồm vị trí, kích thước và nguyên nhân các hư hỏng, đánh giá

ảnh hưởng của hư hỏng đến chất lượng, tuổi thọ của công trình

+ Đo đạc ứng suất, độ võng, góc xoay, dao động của KCN, đo dao động và chuyển vị của mố trụ

+ Thí nghiệm vật liệu

+ Đo điện thế, điện trở, độ xâm nhập clo v.v nếu có yêu cầu

+ Kiểm toán cầu

+ Đánh giá khả năng chịu tải của cầu theo kết quả đo, kết quả kiểm toán

▪ Thống kế đầy đủ mỏy múc phục vụ cụng tỏc thử nghiệm:

▪ Tải trọng thử và cỏc sơ đồ tải trọng:

▪ Đảm bảo giao thụng trong thời gian thử nghiệm:

+ Xác định khả năng chịu tải của cầu so với thiết kế hoặc khả năng chịu tải hiện tại của cầu

8

+ Kiến nghị chế độ khai thác, duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa nếu cần

+ Làm cơ sở để nghiệm thu đối với cầu mới, làm cơ sở để thiết kế tăng cường, mở rộng cầu + Phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học và công nghệ, hoàn thiện phương pháp tính

+ Đo chuyển vị đầu ngang của mố trụ

+ Đo ứng suất lớn nhất ở cỏc mặt cắt cần kiểm tra

+ Xếp xe vào vị trớ, xe đứng yờn → đọc giỏ trị cú tải

+ Lặp lại ớt nhất 3 lần; mỗi lần đo tớnh được giỏ trị chờnh lệch; 3 lần đo tớnh được giỏ trị chờnh lệch trung bỡnh ⟹ giỏ trị đại lượng cần đo

+ Tải trọng động cú thể là xe thử tải chạy qua cầu hoặc cỏc tải trọng ngẫu nhiờn chạy qua cầu

+ Với tải trọng ngẫu nhiờn cần đo trong một thời gian dài trờn cơ sở đú xỏc định được giỏ trị bất lợi của đại lượng đo

6 Chọn tải trọng thử Cỏc sơ đồ xếp xe để thử nghiệm cầu

▪ Cỏc sơ đồ xếp xe thử nghiệm cầu:

+ Sơ đồ tải trọng: là một cỏch xếp xe tải trờn cầu để đại lượng đú cú giỏ trị bất lợi nhất

+ Cỏch thiết lập 1 sơ đồ tải trọng:

• Vẽ đường ảnh hưởng của đại lượng cần đo ( vớ dụ: để đo ứng suất phỏp tại 1 mặt cắt nào đú ta vẽ đường ảnh hưởng mụ mờn tại mắt cắt đú)

• Xếp xe tại vị trớ bất lợi nhất trờn đường ảnh hưởng

• Nếu tải trọng thử có kích thước và tải trọng xe xấp xỉ tải trọng tiêu chuẩn thì xếp như

đoàn xe tiêu chuẩn Thông thường các xe thử không giống xe tiêu chuẩn khi đó cần điều chỉnh khoảng cách giữa các xe sao cho đại lượng đo do đoàn xe thử sinh ra xấp xỉ bằng đại lượng đo do đoàn xe tiêu chuẩn sinh ra

• Sau khi đã xếp xe ở vị trí bất lợi nhất trên đường ảnh hưởng tính được số xe theo chiều dọc cầu, đem số xe này nhân với số làn xe được số xe cần thiết cho một sơ đồ tải trọng

10 Sơ đồ tải trọng đo ứng suất các mặt cắt B, C và D khi tải trọng thử là đoàn xe H – 30

Sơ đồ xếp tải lệch tâm và đúng tâm trên cầu

7 Nguyờn lý đo, cỏc loại thiết bị đo, cỏch bố trớ điểm đo, cỏch xử lý số liệu đo của cỏc đại lượng

đo trong cầu (đo ứng suất, đo độ vừng, đo dao động)

▪ Đo ứng suất:

• Nguyờn lý:

Trong trạng thái ứng suất đường người ta đo ứng suất pháp thông qua đo biến dạng dài ∆𝑙 trên chiều dài l (hay còn gọi là chuẩn đo), từ đó tính được biến dạng tương đối 𝜀 = ∆𝑙/𝑙 Khi đã có biến dạng tương đối ε, theo định luật Hooke dễ dàng tính đựơc ứng suất pháp theo công thức σ = E.ε Trong đó:

+ E là môđun đàn hồi của vật liệu

+ σ : ứng suất pháp

• Thiết bị đo:

✓ Tenzomet cơ học: là tenzomet đũn vỡ nú cú cấu tạo trờn nguyờn tắc đũn bẩy; cú

cấu tạo đơn giản, dễ thao tỏc ớt chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm; khụng đo được khi cú tải trọng động

12

✓ Tenzomet điện: Một tenzômet hiện đại thường có hai bộ phận chính: bộ cảm biến gắn trên vật cần đo và máy đo Máy đo nối với máy tính và nối với cảm biến bằng dây, do đó hệ máy đo và máy tính có thể đặt xa cảm biến và cùng một lúc có thể

đo được với nhiều cảm biến gắn ở nhiều chỗ khác nhau trên vật đo

• Cỏch bố trớ:

✓ Với cầu nhiều nhịp việc xỏc định ứng suất dựa trờn nguyờn tắc sau:

+ Nếu cầu có các nhịp giống nhau về chiều dài nhịp, KCN và vật liệu làm cầu thì phải chọn nhịp nào có nhiều nội dung kỹ thuật cần kiểm tra nhất đồng thời có điều kiện thuận lợi khi kiểm tra đo đạc

+ Nếu cầu có nhiều nhịp khác nhau về chiều dài nhịp nhưng giống nhau về kết cấu và vật liệu thì nên chọn nhịp có khẩu độ lớn nhất để kiểm tra

+ Nếu cầu có nhiều nhịp khác nhau cả về khẩu độ lẫn kết cấu và vật liệu thì nhất thiết phải tiến hành thí nghiệm tất cả các nhịp hoặc nhịp đại diện cho từng nhóm nhịp có kết cấu và vật liệu giống nhau

✓ Điểm đo ứng suất thường được bố trớ tại những phần tử của kết cấu chịu lực chính, tại những vị trí sẽ xuất hiện những ứng suất lớn nhất hay tại những tiết diện bị suy giảm đột ngột hay có khuyết tật." Như vậy tức là mặt cắt đo ứng suất là các mặt cắt:

+ Mặt cắt có giá trị nội lực lớn nhất (mômen lớn nhất) như mặt cắt giữa nhịp, mặt cắt đỉnh trụ

đối với kết cấu nhịp liên tục

+ Mặt cắt có sự thay đổi đột ngột của tiết diện (mặt cắt giảm yếu)

+ Mặt cắt bị hư hỏng hay khuyết tật

• Cỏch xử lý số liệu:

✓ Với mỗi cấp tải trọng tại vị trớ đo ứng suất phải cho tải trọng tỏc dụng 3 lần và đọc

3 lần để lấy số liệu trung bỡnh; sai số của 3 lần đo khụng quỏ 15%

▪ Đo độ vừng:

14

• Nguyờn lý:

- Để đo dộ võng của KCN cần đo chênh lệch cao độ ở thời điểm chưa có tải C và thời

điểm có tải C’ Chênh lệch cao độ (CC’) là chuyển vị đứng của điểm C

- Nếu dầm có gối cứng thì CC’ chính là độ võng của điểm C

- Nếu dầm đàn hồi thì độ võng của điểm C(C’’C’) được tính bằng hiệu số giữa chuyển vị

đứng đo được(CC’) và chuyển vị đứng của điểm C do chuyển vị gối sinh ra khi xem như dầm là tuyệt đối cứng

: Nguyên lý đo độ võng

• Thiết bị đo:

✓ Vừng kết maxi mốp:

✓ Indicator (đồng hồ đo): thao tỏc dễ dàng, độ chớnh xỏc cao; nhưng khụng dựng

được ở nơi cú nước chảy mạnh

✓ Mỏy toàn đạt điện tử: đo được cả khi sông sâu, nước chảy mạnh, cầu cao, sông

có thông thuyền, tuy nhiên độ chính xác không cao

• Cỏch bố trớ:

✓ Thường bố trớ tại mặt cắt cú độ vừng lớn; những vị trớ cú tiết diện suy giảm, thay đổi đột ngột

có ưu điểm thao tác dễ dàng, kết quả đo chính xác, tuy nhiên chỉ dùng được trong trường hợp sông không sâu, nước chảy không lớn

✓ Để tiện cho việc lắp đà giáo trong điều kiện cho phép có thể bố trí điểm đo võng gần điểm đo ứng suất

✓ Đối với nhịp giản đơn, khi không bố trí được điểm đo võng ở giữa nhịp thì bố trí điểm đo ở tiết diện lân cận từ đó tính ra độ võng giữa nhịp

✓ Khi mố trụ lún đáng kể phải bố trí đo võng tại 2 gối

✓ Theo phương dọc cầu bố trí điểm đo võng ở mặt cắt có độ võng lớn nhất

✓ Theo phương ngang cầu bố trí điểm đo ở tất cả sườn, dầm

• Cách xử lý số liệu:

✓ Với mỗi cấp tải trọng tại vị trí đo ứng suất phải cho tải trọng tác dụng 3 lần và đọc

3 lần để lấy số liệu trung bình; sai số của 3 lần đo không quá 15%

▪ Đo dao động:

16

• Nguyờn lý:

✓ Ghi dao động cú 2 nguyờn lý: cần điểm cố định và khụng cần điểm cố định

✓ Cần điểm cố định: Khi cầu dao động thì khoảng cách từ điểm cố định đến

đầu kim luôn luôn thay đổi, biểu đồ “khoảng cách - thời gian” chính là đồ thị dao động của cầu Trên đồ thị dao động dễ dàng xác định được các

đặc trưng của dao động như tần số (f), chu kỳ (T), biên độ dao động (a)

✓ Khụng cần điểm cố định: Đo vận tốc, gia tốc, tớch phõn 1 lần hoặc 2 lần cú đồ thị

dao động

• Thiết bị đo:

✓ Loại mỏy đo cần điểm cố định: chỉ đo được khi nước chảy yếu; sống khụng sõu; xử

lý số liệu dễ dàng

✓ Loại mỏy khụng cần điểm đo cố định: khụng cần điểm đo cố định; thời gian đo nhanh;

như xử lý số liệu rất khú khăn

• Cỏch bố trớ:

+ Theo chiều dọc cầu, đo tại những điểm cú dao động lớn nhất

+ Trờn mặt cắt ngang: ở mỗi mặt cắt chỉ cần đo trờn 1 dầm hoặc sườn dầm

+ Trên mố, trụ cầu bố trí đo theo 3 phương:

8 Phân tích số liệu đo của các đại lượng đo trong cầu (đo ứng suất, đo độ võng, đo dao động)

▪ Số liệu đo võng các dầm chủ dưới tác dụng của hoạt tải xếp lệch để suy ra hệ số phân bố ngang hoạt tải

▪ Số liệu đo biến dạng và ứng suất

▪ Số liệu đo dao động để xác định hệ số xung kích, chu kỳ dao động của KCN

▪ Hệ số phân bố hoạt tải ngang:

+ Căn cứ vào kết quả đo võng giữa nhịp cầu của dầm chủ theo một cách nào đó có thể tính ra

hệ số PBN của từng dầm chủ đó tương ứng cách xếp tải đã thực hiện

𝐾𝑖 = 𝑦𝑖

∑ 𝑦𝑛 𝑗1

✓ Đối với kết cấu bê tông, suy điễn trên mang tính chất gần đúng

✓ Đối với bê tông vùng chịu kéo không áp dụng công thức trên Vì vậy, kết quả đo p ở vùng này cần phải xem xét kĩ, có thể nói đó là phép đo độ rộng vết nứt chứ không phải đo độ dàn kéo dài tương đối p

✓ Đối với ứng suất trong cốt thép chịu kéo, phải đục bỏ lớp bê tông bảo vệ rồi gắn tenzomet

cơ học để đo p, từ đó dùng định luật Hook tính ứng suất cốt thép