Nghiên cứu gia cường kết cấu nhịp cầu bà trà bằng tấm sợi carbon

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ NGUYỄN TẤN DANH NGHIÊN CỨU GIA CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BÀ TRÀ BẰNG TẤM SỢI CARBON Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số: 60 58 02 05 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN XUÂN TOẢN Phản biện 1: TS CAO VĂN LÂM Phản biện 2: PGS.TS NGUYỄN PHI LÂN Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng họp Trường Đại học Bách Khoa ngày 28 tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách Khoa - Thư viện Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Quốc lộ 1A tuyến giao thơng huyết mạch quốc gia có ý nghĩa đặt biệt quan trọng cho phát triển kinh tế, xã hội, văn hóa, ổn định an ninh quốc phòng trị đất nước Qua q trình tìm hiểu phần lớn cơng trình cầu phục vụ khai thác tuyến Quốc lộ xây dựng cách 30-40 năm trước Hầu hết cơng trình cầu cũ xuống cấp có nhiều hư hỏng Cầu Bà Trà nằm lý trình Km 1077+482, QL1, thuộc địa phận thị trấn Đồng Cát, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi số cơng trình cầu Thơng qua việc khảo sát trạng cầu Bà Trà có dấu hiệu suy giảm lực chịu tải Hiện tại, cầu bị hư hỏng nghiêm trọng kết cấu nhịp số dầm chủ xuất vết nứt vị trí nách dầm, bề rộng vết nứt từ 0,1÷0,2mm, khe nối dọc xuất bong tróc vỡ bê tông suốt chiều dài nhịp Tải trọng thiết kế cầu (dầm chủ thiết kế với tải trọng HS20-44 theo quy trình AASHTO 92) tải trọng khai thác 25 khơng phù hợp với tải trọng khai thác cầu xây dựng tuyến thời gian gần (H30 HL93) Với nhu cầu khai thác (tải trọng xe lưu lượng xe) ngày tăng, cần thiết phải xây dựng cầu thay cầu kinh phí để xây dựng cầu lớn Nên đó, sửa chữa nâng cấp cầu Bà Trà giải pháp hữu hiệu để trì, nâng cao khả khai thác kéo dài tuổi thọ cơng trình Đề tài tập trung nghiên cứu áp dụng gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà sợi carbon Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu sợi carbon - Áp dụng nâng cao khả chịu tải tuổi thọ cho cầu Bà Trà nhằm đảm bảo an toàn cho người phương tiện qua cầu suốt trình khai thác Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Cầu Bà Trà lý trình Km 1077+482 nằm tuyến Quốc lộ - Phạm vi nghiên cứu: Gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà sợi carbon nhằm nâng cao khả chịu lực cầu chịu tác dụng hoạt tải HL93 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng kết nghiên cứu tác giả công bố quy định, dẫn tiêu chuẩn thiết kế cầu hành, tiêu chuẩn 22TCN 272-05 để gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà sợi carbon Bố cục đề tài Chương Các dạng hư hỏng cầu BTCT khả gia cường sợi carbon Chương Cơ sở lý thuyết tính tốn gia cường cầu BTCT sợi carbon Chương Tính tốn gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà sợi carbon Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG CẦU THÉP 1.1 Các dạng hư hỏng cầu BTCT 1.1.1 Các dạng hư hỏng kết cấu dầm chủ bê tông cốt thép thường dự ứng lực - Hư hỏng dịch chuyển vị trí - Hư hỏng phong hóa Bê tơng - Hiện tượng mỏi thép - Hư hỏng bị nứt bê tơng: Các vết nứt co ngót, Các vết nứt nghiêng, Các vết nứt dọc, Các vết nứt ngang mặt cầu, Các vết nứt ngang bầu vùng chịu kéo chứa cốt thép dự ứng lực, Các vết nứt dọc bầu dầm chứa cốt thép dự ứng lực, Các vết nứt ngang đoạn đầu dầm, Các vết nứt bên thớt gối - Vỡ bê tông bầu dầm vị trí gối - Nứt vỡ bêtơng cánh dầm vị trí đầu dầm - Bê tơng rổ tổ ong, rỉ cốt thép, nứt vỡ 1.1.2 Các dạng hư hỏng kết cấu nhịp cầu BTCT - Do bong lớp nhựa phủ mặt - Do lớp BT tạo dốc - Do nứt dọc mặt cầu - Do nứt ngang mặt cầu Ngồi hư hỏng thường gặp có số cầu có xuất hư hỏng khác như: Hai đường đầu cầu bị lún; Mố trụ cầu bị xói lở 1.2 Hiện trạng hư hỏng Cầu Bà Trà - Cầu Bà Trà KM1077+431 nằm Quốc lộ 1A thuộc địa phận huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi phạm vi quản lý Công ty CP QL&XDĐB Quảng Ngãi – Cục quản lý đường III - Cầu gồm nhịp giản đơn bê tông, sơ đồ nhịp 4x12,5m, chiều dài cầu 52m - Năm 2012, cầu gia cường dầm chủ công nghệ dán sợi composite, dầm ngang cáp dự ứng lực, nhịp nhịp làm mặt cầu BTCT sửa chữa khe co giãn - Hiện cầu khai thác với biển hạn chế tải trọng 25T - Theo kết kiểm định Công ty tư vấn thiết kế Giao thông vận tải-CTCP vào năm 2014 cầu Bà Trà không đủ khả khai thác với tải trọng HL93 - Hiện nhịp 1,2,3,4: gồm 10 dầm (DUL) mặt cắt ngang dạng chữ “T” căng trước, chiều cao dầm Hmin=0,46m; Hmax=0,64m, chiều dài dầm chủ 12,5m, khoảng cách tim dầm chủ 95cm Dầm xuất vết nứt vị trí nách dầm, bề rộng vết nứt từ 0,1-:-0,2mm 1.3 Khả áp dụng sợi carbon vào gia cường cầu BTCT 1.3.1 Đánh giá công nghệ dán CFRP - Phương pháp tận dụng ưu điểm vật liệu FRP như: cường độ chịu kéo cao, mô đun đàn hồi cao, trọng lượng nhẹ, có tính chống ăn mòn cao Vật liệu FRP có sức đề kháng tốt chất xâm thực nhiễm có kết cấu - Vật liệu FRP có tiện lợi thi cơng: thi cơng nhanh chóng đơn giản, khơng cần nhiều thiết bị máy móc tốn nhân cơng, giữ ngun hình dạng kết cấu cũ khơng cần phải đập phá kết cấu, thi công không cần sử dụng coffa, cơng trình sau sửa chữa tăng cường có tính mỹ thuật cao, khơng cần bão dưỡng chống rỉ trình khai thác Kết hợp ưu điểm vật liệu tiện lợi thi công nên phương pháp dán sợi cacbon trở thành giải pháp tốt để sửa chữa tăng cường kết cấu bê tông cốt thép 1.3.2 Áp dụng sợi carbon tăng cường kết cấu cầu Việt Nam Sửa chữa, gia cố cơng trình cách sử dụng vật liệu sợi carbon cường độ cao (CFRP) nghiên cứu áp dụng nước tiên tiến từ năm 1980 Tại Việt Nam, cơng trình cầu tăng cường khả chịu lực sử dụng sợi carbon (tấm carbon) cầu Trần Thị Lý (TP Đà Nẵng) Sau áp dụng thêm số cầu khác cầu Lồi Nghệ An, cầu Ô Sông Quảng Ngãi, cầu Sa Đéc (Đồng Tháp) cầu Văn Thánh TP.HCM gần cầu Trà Nóc TP.HCM sử dụng vải sợi carbon Hiện có tiêu chuẩn thiết kế tăng cường kết cấu theo tiêu chuẩn Mỹ (AC1440-2R) cho kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu dự ứng lực, dẫn thi công nghiệm thu (theo báo cáo nghiên cứu hiệp hội AASHTO - Mỹ) Tuy nhiên, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn hay dẫn thiết kế, thi công tăng cường kết cấu sử dụng vật liệu cốt sợi cường độ cao chưa có định mức dự tốn cho công tác tăng cường kết cấu sử dụng loại vật liệu Cần biên soạn tiêu chuẩn, dẫn thiết kế thi công nghiệm thu phù hợp với điều kiện thi cơng, điều kiện khí hậu Việt Nam dựa tiêu chuẩn thi công nghiệm thu Mỹ, EU 1.4 Kết luận chương Trong chương tập trung nghiên cứu hư hỏng cầu BTCT Hiện số lượng cầu cũ BTCT nhiều, có cầu xây dựng cách lâu, thời hạn khai thác cầu đến lúc phải tu bão dưỡng Có nhiều phương pháp tăng cường cầu truyền thống giới phương pháp dán sợi cacbon để tăng cường cho kết cấu BTCT sử dụng phổ biến Trong chương tập trung nghiên cứu công nghệ dán chất dẻo cốt sợi cacbon tăng cường cho kết cấu nhịp cầu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VỀ GIA CƯỜNG CẦU BTCT BẰNG TẤM SỢI CARBON 2.1 Xác định sức kháng uốn An et al (1991) giới thiệu mơ hình lý thuyết ứng xử uốn Trong mơ hình An et al sử dụng giả thiết sau: 1)Biến dạng phân bố tuyến tính mặt cắt ngang; 2) BT chịu kéo bỏ qua; 3) Biến dạng nhỏ; 4) Bỏ qua biến dạng cắt; 5) Dính bám lớp vật liệu tuyệt đối; 6) Đường cong ứng suất biến dạng BT xấp xỉ hóa theo đường cong Hogmestad Trên hình 2.1 đường cong ứng suất biến dạng BT xấp xỉ hóa theo đường cong Hogmestad có hai hàm xấp xỉ Hàm thứ hàm parabol fc    = c −  c  f c' 0  0  kéo dài đến ứng suất nén lớn f c' Hàm thứ hai tuyến tính f = − k ( −  ) giảm dần từ ứng ứng suất c ' fc nén lớn f c' đến điểm biến dạng lớn c=0.003 f c  c = 2 f c'   fc k= øng suÊt   c       0   fc = − k (c 0 ) fc' ' 0.15 003 − dc c=tan 0 =  f c' 2Ec BiÕn d¹ng Hình 2.1 Ứng suất biến dạng BT (Hognestad’s)  dS − c    c   S = C   c − d S"  c     S =  C  ' df −c   c   f =  C  b f 'c c d's 's f 's  c h=df C's Cc ds s tf A CFRP fs  ff Ts TCFRP CFRP Hình 2.2 Mơ hình lý thuyết tăng cường sức kháng uốn dựa vào biểu đồ ứng suất, biến dạng, nội lực Trong : + d S : Là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ chịu nén BT + c,  C : Là khoảng cách từ từ trục trung hòa đến thớ chịu nén ngồi BT, biến dạng nén BT thớ chịu nén + d S , d f : Là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến ' thớ chịu nén BT, khoảng cách từ trọng tâm CFRP đến thớ chịu nén BT  S   Y → f S = ES  S  s  Y → fs = f y  S   Y → f S = Es ' s ' ' '  s'  Y → f s = f y f FRP = EFRP  FRP Trong : +  s ,  y : Là biến dạng CT chịu kéo, biến dạng chảy cốt thép + f S , ES : Ứng suất CT chịu kéo, mô đuyn đàn hồi CT chịu kéo +  s ' , ES : Biến dạng CT chịu nén, mô đuyn đàn hồi CT ' chịu kéo +  y , f y : Biến dạng chảy CT, giới hạn chảy CT + f S , ES : Ứng suất CT chịu nén, mô đuyn đàn hồi CT ' chịu nén + f frp , ' E FRP ,  f : Ứng suất CFRP, mô đuyn đàn hồi CFRP, biến dạng CFRP Nội lực Ts , Ts ' , T f , TS = f S AS CS ' = f S ' AS ' T f = f frp A frp Trong đó: + TS , f S , AS : Là lực kéo CT, ứng suất CT chịu kéo, diện tích mặt cắt ngang CT chịu kéo + C S , f S , As ' : Là lực nén CT, ứng suất CT chịu ' ' nén, diện tích mặt cắt ngang CT chịu nén + T f , ACFRP : Là lực kéo CFRP, diện tích mặt cắt ngang CFRP Giá trị f c dựa vào phương trình đường cong Trường hợp :     2    c   → f c= f c' 2 c −  c         Trường hợp :    0.003 → f = f ' 1 − 0.15 ( −  ) c c c c  0.003 −    Trong : f ,  c ,  ứng suất nén lớn ' c BT, biến dạng BT thời điểm bất kỳ, biến dạng ứng với điểm có ứng suất nén lớn BT f c' Ec c = Trong đó: + Ec mô đun đàn hồi BT Cc = bcf c' Trong : + c: Là khoảng cách từ từ trục trung hòa đến thớ chịu nén ngồi BT +  , b : Là hệ số ứng suất trung bình, bề rộng dầm BT + A: Là diện tích đường cong ứng suất biến dạng tính sau:  EC A= f c d c = f c' C 10 f c'bc + AS f S = AS f S + ACFRP f f Ta có: ' ' Giải phương trình bậc tìm c Mơ men Mn : M n = AS f S (d S − c) + Af f f (h − c) + f c'bc c + A f (c −  ) S S ' ' 2.2 Xác định sức kháng cắt Khi dầm tăng cường sức kháng cắt CFRP sức kháng cắt riêng sợi V f Sức kháng cắt tổng cộng BT, CT, Tấm sợi là: Vd = Vc + Vs + V f Trong : V s , Vc V f sức kháng cắt CT đai, sức kháng cắt BT, sức kháng cắt sợi =     Hình 2.3 Bố trí sợi CFRP tăng cường kháng sức cắt V f phụ thuộc vào nhiều tham số độ cứng sợi, chiều dày sợi hướng sợi Triantafillou (1998) đề nghị công thức tính V f sau Vf = A fv E f  fe (sin  + cos  )d fv sf Trong đó: - A fv , E f ,  fe : Là diện tích sợi, mơ đun đàn hồi sợi, biến dạng có hiệu sợi -  , s f : Là góc nghiêng sợi so với phương nằm ngang, khoảng cách cốt đai 11 2.3 Xác định nội lực theo trạng thái giới hạn Trong phạm vi toán để thuận lợi cho việc tính tốn so sánh xét đến nội lực lớn mặt cắt dầm 2.4 Kiểm toán kiểm tra khả chịu lực kết cấu cầu BTCT a Một số hình thức phá hoại uốn dầm BTCT tăng cường sợi CFRP Dầm BTCT tăng cường sợi CFRP, có hình thức phá hoại uốn sau: - Hình thức phá hoại BT bị nén vỡ (  c =  cu = 0.003 ,  frpl   frpu ) - Hình thức phá hoại đứt sợi CFRP (  frpl =  frpu ,  - Hình thức phá hoại đồng thời ( c   cu = 0.003 )  c =  cu = 0.003 ,  frpl =  frpu ) * Sơ đồ khối tính tốn sức kháng uốn dầm BTCT tiết diện chữ nhật tăng cường sợi cacbon 12 Hình 2.8 Sơ đồ khối tính sức kháng uốn dầm BTCT tiết diện chữ nhật * Dầm BTCT thường có tiết diện chữ T Tìm vị trí trục trung hòa Khi c>hf trục trung hòa qua sườn dầm, tính tốn với tiết diện chữ T Ta thiết lập sơ đồ khối sau: Hình 2.9 Sơ đồ khối tính sức kháng uốn dầm BTCT tiết diện chữ T b Kiểm tra khoảng cách dải CFRP, giới hạn lực cắt tăng cường - Khoảng cách dải CFRP A f E f  fe (sin  + cos  ) d fv (2-109) S = S =w + f Vf f max f - Giới hạn lực cắt tăng cường Theo tiêu chuẩn ACI 318 Vs − V f  f c' bwd (2-110) * Sơ đồ khối tính tốn lực cắt tăng cường 13 Từ ta thiết lập sơ đồ khối tính tốn lực cắt tăng cường sau: Hình 2.14 Sơ đồ khối tính tốn lực cắt dầm BTCT tăng cường sợi CFRP c Neo sợi CFRP mơ hình tăng cường sức kháng cắt Khi sử dụng neo để tăng thêm lực dính bám ACI 440 đề nghị sử dụng mấu neo giá trị biến dng cú hiu tm si fe =0.004 Đoạn gối lên Neo Keo epoxy lấp đầy khe hở a) Dỏn cạnh b) Dán hình chữ U c) Dán cạnh d) Dán hình chữ U có neo 14 Hình 2.15 Các mơ hình tăng cường sức kháng cắt d Kiểm tra ứng suất theo tải trọng khai thác * Dầm BTCT thường - Kiểm tra ứng suất CT 80% giới hạn chảy thép f s ,s  0.8 f y - Kiểm tra ứng suất sợi : f f ,s  F f ,s * Dầm BTCT DUL - Ứng suất lớn BT : f ct  0.45 f c' - Kiểm tra ứng suất CT 80% giới hạn chảy thép f s  0.8 f y ; - Ứng suất sợi : f f  Ff ,s ; - Kiểm tra: f ps  0.74 f pu 2.5 Kết luận chương Trong chương trình bày sở lý thuyết tính tốn mơ hình phân tích tăng cường sức kháng uốn kháng cắt sợi CFRP cho dầm BTCT Từ nhiều công thức tiêu chuẩn ACI, sơ đồ khối xây dựng nhằm hệ thống hóa cơng thức việc tính tốn thuận lợi Cụ thể hóa tồn q trình nghiên cứu cơng nghệ dán chất dẻo cốt sợi Cacbon thể qua kết Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Composite để cải tạo, nâng cấp cầu Bà Trà, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi CHƯƠNG TÍNH TỐN GIA CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BÀ TRÀ BẰNG TẤM SỢI CARBON 15 3.1 Các số liệu cơng trình cầu Bà Trà - Cầu gồm nhịp dầm bê tông thường; - Sơ đồ nhịp 4x12,5m, nhịp giản đơn; - Chiều dài tồn cầu Ltc= 56,5m; 3.1.1 Kích thức hình học kết cấu nhịp - Chiều dài dầm chủ : L = 12,5 m - Chiều dài tính tốn : Ltt = 12 m - Bề rộng phần xe chạy : Bx = m - Bề rộng phần lề người : Bng = m - Bề rộng lan can bên : Blc = 0,2 m - Tổng bề rộng cầu : B = 10,4 m - Số xe : Nlàn = - Loại dầm : Dầm T bê tông cốt thép DƯL - Số lượng dầm : Nd = 10 dầm - Khoảng cách : dầm S = 0,95 m 3.1.2 Số liệu dầm chủ - Chiều cao dầm thay đổi từ 46cm đến 64cm, chiều cao dầm nhịp 64cm, chiều cao gối 46cm, cụ thể: 243 130 193 244 295 346 397 182 510 160 2.TẠI 1/8 NHỊP 950 144 211 279 347 398 122 130 450 130 390 45 146 247 348 399 130 330 160 1.TẠI GỐI 950 94 179 263 347 398 950 61 950 160 160 3.TẠI 1/4 NHỊP 4.TẠI 1/2 NHỊP Hình 3.1 Mặt cắt ngang dầm chủ 3.1.3 Vật liệu dầm chủ - Bê tông dầm chủ + Cường độ chịu nén bê tông dầm chủ + Cường độ chịu nén bê tông tạo DƯL f c' = 35,01 MPa fci' = 31,51 MPa 16 + Cường độ chịu kéo uốn bê tông fr = 3,73 MPa + Trọng lượng riêng bê tông γbt = 24,50 KN/m3 + Mô đun đàn hồi Eb = 30854 MPa - Cốt thép DƯL + Loại dự ứng lực Căng trước + Số tao cáp DƯL Ntao = 10 tao + Đường kính tao cáp Dtao = 11,21 mm + Diện tích tao cáp Ftao = 98,71 mm2 + Diện tích cáp DƯL Fcáp = 987,10 mm2 + Mô đun đàn hồi cáp DƯL Et = 197.000 Mpa + Cường độ tiêu chuẩn thép DƯL fpu = 1.860 MPa + Giới hạn chảy fpy = 1.674 Mpa + Cường độ căng kéo fpj = 1.451 MPa - Cốt thép thường + Cốt thép thường cấp 40 theo tiêu chuẩn ASTM -A615 + Cường độ cốt thép thường fy = 250 Mpa Dcốt + Đường kính cốt thép đai = 12 mm đai + Bước cốt đai đầu nhịp s1 = 152 mm + Bước cốt đai nhịp s2 = 457 mm 3.1.4 Dầm ngang - Số lượng dầm ngang Ndn = dầm - Chiều cao dầm ngang Hdn = 0,71 m - Chiều dài dầm ngang Ldn = m - Chiều dày dầm ngang tdn = 0,25 m - Trọng lượng riêng bê tông dầm ngang γBT = 24,5 KN/m3 - Trọng lượng dầm = 39,14 KN 17 ngang - Trọng lượng rải dầm ngang DCdn = 3.1.5 Bản mặt cầu - Chiều dày lớp mặt cầu hbmc = - Trọng lượng rải lớp mặt cầu DCbmc = 3.1.6 Lề người - Chiều dày lớp bê tông nhựa hlng = - Chiều rộng phần người blng = - Trọng lượng rải lề người DClng = 3.1.7 Lan can - Chiều cao lan can bê tông hlcbt = - Chiều rộng lan can bê tông blcbt = - Trọng lượng rải lan can bê tông DClcbt = 0,33 KN/m 170 mm 3,33 KN/mm 0,20 m 1,00 m 4,90 KN/m 950 210 mm mm 1,47 KN/m 3.1.8 Các đặt trưng hình học 1.TẠI GỐI F2=81,12mm2 345 F1=123,5mm2 TRỌNG TÂM BÓ CÁP F2=92,7mm2b2=206 3.TẠI 1/4 NHỊP h2=510 TRỌNG TÂM BÓ CÁP 295 b2=208 h1=130 304 h2=450 h1=130 264 TRỌNG TÂM BÓ CÁP 2.TẠI 1/8 NHỊP b1=950 F1=123,5mm2 275.67 F2=69,96mm2 b2=212 b1=950 F1=123,5mm2 256.33 223 TRỌNG TÂM BÓ CAÙP h2=390 h1=130 b1=950 237 h2=330 h1=130 b1=950 F1=123,5mm2 F2=104,04mm2 b2=204 Hình 3.2 Mặt cắt ngang quy đổi 4.TẠI 1/2 NHÒP 18 3.2 Xác định nội lực cầu Bà Trà 3.3 Xác định sức kháng uốn cầu Bà Trà Bảng 3.16 Tổng hợp sưc kháng uốn danh định mặt cắt Diện tích cáp dự ứng lực Kí hiệu Gối L/8 L/4 L/2 Đơn vị Aps 987,10 987,10 987,10 987,10 mm2 dp 393,00 433,67 474,33 515,00 mm Khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép DƯL Chiều rộng cánh chịu nén Chiều dày bụng b 950 950 950 950 mm bw 212 208 206 204 mm Chiều dày cánh chịu nén hf 300 300 300 300 mm Giả sử TTH qua cánh, tính chiều cao trục trung hồ c 76,75 77,14 77,47 77,76 mm Cánh Cánh Cánh Cánh 76,75 77,14 77,47 77,76 Kết luận vị trí trục trung hồ Tính lại chiều cao TTH c mm 19 Chiều dày khối ứng suất t/đ Chiều dày bụng tính Mn a 61,39 61,71 61,97 62,20 mm bw 950 950 950 950 mm Ứng suất trung bình cáp DƯL fps 1758,29 1767,36 1774,94 1781,37 Mpa Sức kháng uốn danh định Mn 628,82 KNm 702,73 776,76 850,89 3.4 Xác định sức kháng cắt cầu Bà Trà Bảng 3.18 Tổng hợp sức kháng cắt mặt cắt Kí hiệu Gối L/8 L/4 L/2 Đơn vị Mơ men tính tốn Mu - 324,20 544,48 695,70 KNm Lực cắt tính tốn Vu 254,48 205,40 157,24 72,60 KN Chiều rộng mặt cắt Ứng suất cắt bê tông bv v= Vu/(bvdv) 212,00 208,00 206,00 204,00 mm 3,681 2,724 1,913 0,817 Tỷ số v/fc' Ứng biến cốt thép phía chịu kéo uốn v/fc' 0,105 0,078 0,055 0,023 εx 0,0009 0,0020 0,0020 0,0020 θ 35,930 38,100 41,250 43,000 cotg θ 1,381 1,276 1,141 1,073  1,760 1,360 1,600 1,720 Vc 66,389 55,960 71,764 83,385 KN Av 226,195 226,195 226,195 226,195 mm2 α 90 90 90 90 Độ sin α 1,00 1,00 1,00 1,00 cotg α 0,00 0,00 0,00 0,00 Vs 186,23 114,52 70,51 64,31 Sức kháng cắt bê tơng Diện tích cốt thép chịu cắt Góc nghiêng cốt thép với trục dọc Sức kháng cắt cốt thép đai Độ KN 20 Góc nghiêng cáp DƯL Sức kháng cắt dự ứng lực Sức kháng cắt danh định Vn1 Sức kháng cắt danh định Vn2 Sức kháng cắt danh định (0,013) (0,013) (0,013) - radians Vp (18,46) (18,46) (18,46) - KN Vn1 234,16 152,03 123,82 147,69 KN Vn2 614,55 681,60 752,94 822,76 KN Vn 234,16 152,03 123,82 147,69 KN 3.5 Kiểm tra khả chịu lực kết cấu trước gia cường 3.5.1 Khả chịu uốn kết cấu Bảng 3.19 Bảng kiểm tra sức kháng uốn dầm Mặt cắt L/8 L/4 L/2 Mn (kN.m) 702,73 776,76 850,89  0,90 0,90 0,90 Mr (kN.m) 632,46 699,08 765,80 Mu (kN.m) 415,52 694,25 877,23 Kết luận Đạt Đạt Không Đạt Thiếu (%) - - 12% - Qua bảng kết kiểm tra bảng 3.19 ta thấy vị trí L/2 sức kháng Momen dầm không đạt, thiếu 12% 3.5.2 Khả chịu cắt kết cấu Bảng 3.20 Bảng kiểm tra sức kháng uốn dầm 21 Mặt cắt Gối L/8 L/4 Vn (kN) 363,75 295,16 228,20  0,90 0,90 0,90 Vr (kN) 210,74 136,82 111,44 Vu (kN) 363,75 295,16 228,20 Kết luận Không Đạt Không Đạt Không Đạt Thiếu (%) 42% 53% 51% - Qua bảng kết kiểm tra bảng 3.20 ta thấy vị trí Gối, L/8 L/4 sức kháng cắt dầm không đạt, thiếu 42%, 53% 51% * Nhận xét chung: Như qua kết kiểm tra sức kháng uốn sức kháng cắt ta thấy cầu không đủ khả chịu tải trọng hoạt tải HL93 đoàn người 3.6 Kiểm tra khả chịu lực kết cấu sau gia cường Sử dụng Tấm Tyfo SCH41canbon, có thơng số kỹ thuật - Chiều dày tf=1mm - Cường độ chịu kéo ffu'=985 Mpa - Mô đun đàn hồi Ef=95.800 Mpa - Độ giãn giới hạn: εfu'=0,0085 - Tăng cường sức kháng uốn vị trí L/2 dán tấm, L/4 22 L/8 dán - Tăng cường sức kháng cắt vị trí gối dán tấm, L/8 L/4 dán 3.6.2 Kiểm tra khả chịu uốn kết cấu Bảng 3.31 Bảng tổng hợp sức kháng uốn mặt cắt Mặt Mặt Mặt Đơn Kí hiệu cắt L/8 cắt L/4 cắt L/2 vị Sức kháng uốn cáp Mnp 685,41 755,57 811,06 kNm DƯL Ứng suất cáp Mnf 137,37 149,84 197,74 kNm DƯL 0,90 0,90 0,90  Sức kháng uốn sau tăng cường Mơmen tính toán  0,85 0,85 0,85 M n 721,96 794,64 881,22 kNm Mu 415,52 694,25 877,23 kNm Kết luận Đạt Đạt Đạt - Qua bảng kết kiểm tra bảng 3.31 ta thấy vị trí L/4 L/2 sức kháng uốn dầm đạt, tăng lên 4% 15% 23 3.6.3 Kiểm tra khả chịu cắt kết cấu Bảng 3.36 Bảng tổng hợp sức kháng cắt dầm sau tăng cường mặt cắt Kí hiệu Gối L/8 L/4 Đơn vị Sức kháng cắt Min danh định cốt 234,16 152,03 123,82 KN (Vn1,Vn2) thép Sức kháng cẳt 200,05 238,78 202,62 KN fVf sợi Sức kháng cắt tính 390,79 351,73 293,80 KN Vn tốn Lực cắt tính tốn Vu 363,75 295,16 228,20 KN với TH1 Kết luận Đạt Đạt Đạt - Qua kết tính tốn gia cường sức kháng cắt vị trí Gối, L/8, L/4 sức kháng uốn dầm đạt tăng lên 85% nhịp, 157% tiết diện L/8, 163% vị trí L/4 3.7 Kết luận chương Kết tính tốn dầm BTCT cầu Bà Trà, sử dụng lớp sợi Tấm Tyfo SCH41 tăng cường sức kháng uốn cho dầm hiệu tăng cường sức kháng uốn nhịp tăng lên 15%, sức kháng cắt gối tăng lên 85%, đảm bảo cho cầu trì tải trọng khai thác HL93 24 Qua nhận thấy việc tăng cường khả chịu lực cho dầm BTCT sợi cacbon cải thiện đáng kể khả làm việc dầm so với trước tăng cường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn tiến hành nghiên cứu gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà phương gia cường sợi carbon để đảm bảo khả chịu tải cầu thực tế khai thác Các kết đạt luận văn bao gồm: - Qua kiểm tra theo TTGH CD1 ta thấy giá trị thỏa mãn Dầm cầu sau tăng cường vật liệu FRP tất tiết diện cầu có khả chịu tải trọng tương đương với tải trọng xe thiết kế HL93 - Sau gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà sợi carbon, kết cấu đảm bảo khả chịu lực theo trạng thái giới hạn cường độ I, sức kháng uốn lớn vị trí nhịp tăng 15%, sức kháng cắt gối tăng lên 85%, đảm bảo cho cầu trì tải trọng khai thác HL93 - So sánh với kết gia cường vào năm 2012, cầu Bà Trà cần gia cường tăng thêm 01 lớp dán sợi carbon nhịp vị trí sườn dầm để đảm bảo khả khai thác với tải trọng HL93 - Nghiên cứu cho thấy vật liệu sợi carbon có nhiều ưu điểm như: Cường độ chịu kéo mô đun đàn hồi lớn trọng lượng nhỏ, khả chịu tác động môi trường cao, phương pháp thi cơng đơn giản tác động đến kết cấu trạng Tuy nhiên luận văn số hạn chế: Luận văn chưa sâu vào nghiên cứu so sánh phương pháp gia cường sợi carbon với hình thức gia cường khác như: dán thép, căng cáp dự ứng lực Hướng nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu tính tốn lựa chọn giải pháp gia cường cầu Bà Trà ... tài tập trung nghiên cứu áp dụng gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà sợi carbon Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu sợi carbon 2 - Áp dụng nâng cao khả chịu tải tuổi thọ cho cầu Bà Trà nhằm đảm bảo... qua cầu suốt trình khai thác Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Cầu Bà Trà lý trình Km 1077+482 nằm tuyến Quốc lộ - Phạm vi nghiên cứu: Gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà sợi carbon. .. 272-05 để gia cường kết cấu nhịp cầu Bà Trà sợi carbon Bố cục đề tài Chương Các dạng hư hỏng cầu BTCT khả gia cường sợi carbon Chương Cơ sở lý thuyết tính tốn gia cường cầu BTCT sợi carbon Chương