Nghiên cứu ảnh hưởng của hư hỏng cáp dự ứng lực căng trong do sự giảm yếu tiết diện trong quá trình khai thác đến khả năng chịu tải của cầu dầm hộp bê tông cốt thép thi công theo công nghệ đúc hẫng

ĐẠI HỌC QUỔC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ VÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HƯ HỎNG CÁP DỰ ỨNG LỰC CĂNG TRONG DO SỰ GIẢM YẾU TIẾT DIỆN TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU DẦM HỘP BÊ TÔNG CỐT THÉP THI CÔNG THEO CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm Mã số ngành: 60.58.25 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08 NẰM 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hưống dẫn khoa học: TS NGUYỄN DANH THẲNG TS HỒ THU HIỀN Cán chấm nhận xét 1: TS LÊ BÁ KHÁNH Cán chấm nhận xét 2: TS MAI Lựu Luận thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 27 tháng 08 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch hội đồng: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Thư ký: TS NGUYỄN CẢNH TUẤN Phản biện 1: TS LÊ BÁ KHÁNH Phản biện 2: TS MAI Lựu ủy viên: TS TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -—o0o-— -—o0o—- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ VÂN Ngày tháng năm sinh : 23/04/1988 Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm MSHV: 12144631 Nơi sinh: Bình Định Mã số: 60.58.25 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng hư hỏng cáp dự ứng lực căng giảm yếu tiết diện trình khai thác đến khả chịu tải cầu dầm hộp bê tông cốt thép thi công theo công nghệ đúc hẫng II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng hư hỏng cáp dự ứng lực căng giảm yếu tiết diện trình khai thác đến khả chịu tải cầu dầm hộp bê tông cốt thép thi công theo công nghệ đúc hẫng Nhiệm vụ cụ thể: Tìm hiểu hư hỏng cáp dự ứng lực giai đoạn khai thác Phân tích mức độ ảnh hưởng mát tiết diện cáp dự ứng lực căng đến khả chịu tải cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng cân sau nhiều năm khai thác III NGÀY GIAO NHỆM VỤ IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 18 tháng 06 năm 2017 V CÁN BỘ HUỚNG DẪN : Ngày 16 tháng 01 năm 2017 : TS NGUYỄN DANH THẮNG TP HCM, ngày 17 tháng 06 năm 20ỉ CÁN BỘ HUỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS NGUYỄN DANH THẮNG TS LÊ BÁ KHÁNH TRUỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS TS NGUYỄN MINH TÂM ii LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn quan trọng em xin gửi đến Thầy hướng dẫn TS Nguyễn Danh Thắng, TS Hồ Thu Hiền, môn cầu Đường, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Thầy người đã truyền đạt cho em niềm đam mê nghiên cứu, dạy em nhiều kiến thức, cho em nhiều cảm xúc học tập Với quan tâm, giúp đỡ thường xuyên Thầy động lực lớn giúp em hoàn thành tốt luận văn Em xin cảm ơn Thầy Cô giáo trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ tích thời gian học tập trường Cảm ơn gia đình ln động viên, khuyến khích, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập thực đề tài TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng hư hỏng cáp dự ứng lực căng giảm yếu tiết diện trình khai thác đến khả chịu tải cầu dầm hộp bê tông cốt thép thi công theo công nghệ đúc hẫng Cùng với phát triển đất nước, hệ thống sở hạ tầng giao thông đầu tư triển khai nhiều dự án để phục vụ cho nhu cầu giao thông vận tải Kết cấu cầu BTCT DUL xây dựng từ năm 1977 với kết cấu đơn giản đến phức tạp ngày sử dụng phổ biến Hàng năm chi phí tu bảo dưỡng cơng trình GTVT tốn Nên Việt Nam cần số liệu thống kê thực trạng hư hỏng cơng trình cầu giai đoạn khai thác để cung cấp cho quan quản lý cầu, nhằm kịp thời đưa phương án sửa chữa để giảm chi phí sửa chữa xuống thấp Vì thế, mục tiêu nghiên cứu phân tích mức độ ảnh hưởng mát tiết diện cáp dự ứng lực căng đến khả chịu tải cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng cân sau nhiều năm khai thác Kết nghiên cứu tài liệu tham khảo cho quan quản lý cầu sau SUMMARY OF THESIS Topic Effect of cross-section area reduction of internal prestressed tendons during operation process on loading capacity of cantilever reinforced concrete box girder bridge During progress of the nation, infrastructure system be invested and developed to serve transportation requirement Pre-stressed concrete structures were built since 1977 in many types from simple to complex The annual cost of maintenance of infrastructure is quite expensive It is necessary to gather data of current status and defect of bridges which are under operation, to decide proper on-time remedy plan to reduce the repairing cost as much as possible Thus, the object of this report is to analysis the effect of cross-section area reduction of internal prestressed tendons during operation process on loading capacity of cantilever reinforced concrete box girder bridge V LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu ảnh hưởng hư hỏng cáp dự ứng lực căng giảm yếu tiết diện trình khai thác đến khả chịu tải cầu dầm hộp bê tông cốt thép thi cơng theo cơng nghệ đúc hẫng” cơng trình nghiên cứu cá nhân Các số liệu ưong luận văn số liệu trung thực Tôi xin chịu hoàn toàn hách nhiệm nội dung luận văn TP HCM, tháng năm 2017 NGUYỄN THỊ VÂN Học viên cao học khóa 2012 Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm Trường Đại học Bách Khoa TP HCM vi MỤC LỤC CHƯƠNG1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phạm vỉ nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: HƯ HỎNG CỦA CÁP DỰ ỨNG LỰC TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC 2.1 Đặc điểm chung kết cấu bê tông cốt thép kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực 2.1.1 Đặc điểm chung kết cấu bê tông cốt thép 2.1.2 Đặc điểm chung kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực 10 2.2 Các hư hỏng thường gặp nguyên nhân gây hư hỏng cáp DUL giai đoạn khai thác 12 2.3 Phương pháp xác định số hư hỏng cáp dự ứng lực căng 15 2.3.1 Phương pháp phá hủy kết cấu 16 2.3.2 Phương pháp không phá hủy kết cấu 16 Xác định vị trí cốt thép 16 2.3.2.1 2.3.2.2 a Phương pháp từ tính 17 b Phương pháp rada 18 c Phương pháp siêu âm 19 d Các phương pháp khác 20 Xác định vị trí mức độ nứt, giảm yếu mặt cắt hay đứt gãy cốt thép dự ứng lực 20 2.3.2.3 Phát khoảng trống thiếu chặt chẽ vữa lấp ống vii chứa cốt thép DƯL bê tông bao quanh 21 a Phương pháp IE (impact-echo method): 21 b Phương pháp siêu âm: 23 2.3.2.4 2.4 Xác định lực căng cốt thép DUL 23 Một số giải pháp thường sử dụng để sửa chữa khắc phục hư hỏng.24 CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA HƯ HỎNG CÁP DỰ ỨNG LỰC CĂNG TRONG DO SỰ GIẢM YẾU TIẾT DIỆN TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU DẦM HỘP BÊ TÔNG CỐT THÉP THI CÔNG THEO CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG 28 3.1 3.2 Giới thiệu chung 28 Ảnh hưởng hư hỏng cáp DUL căng giảm yếu tiết diện đến khả chịu tải cầu giai đoạn khai thác 29 3.2.1 Một số ảnh hưởng hư hỏng cáp dự ứng lực căng đến cơng trình 29 3.2.2 Mối quan hệ mát tiết diện cáp DUL với ứng suất biến dạng kết cấu 31 3.3 3.2.2.1 Mối quan hệ mát tiết diện cáp DUL với ứng suất 31 3.2.2.2 Mối quan hệ mát tiết diện cáp DUL với biến dạng 33 Xây dựng mơ hình cầu dầm hộp đúc hẫng phương pháp phần tử hữu hạn 34 3.3.1 Giới thiệu chung phương pháp phần tử hữu hạn 34 3.3.2 Mơ hình hình học cầu Midas/Civil 38 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3 Giới thiệu chung 38 Các thông số ban đầu mô hình 41 Vật liệu 41 3.3.2.4 Mặt cắt kết cấu 43 3.3.2.5 Mơ hình cầu 46 viii Tải trọng 47 3.3.2.6 a Trọng lượng thân 47 b Tải trọng dự ứng lực 48 c Tải trọng thi công 52 d Hoạt tải 52 3.3.2.7 Điều kiện biên 53 3.3.2.8 Kiểm toán kết cấu 54 3.4 Phân tích ảnh hưởng mát tiết diện cáp dự lực căng tác động đến cồng trình 56 3.4.1 Giả thiết hư hỏng 56 3.4.2 Các trường hợp phân tích hư hỏng lựa chọn .57 3.4.3 Kết nghiên cứu mát tiết diện cáp dự ứng lực căng 63 3.4.3.1 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 63 3.4.3.2 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 68 3.4.3.3 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 70 3.4.3.4 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 73 3.4.3.5 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 76 3.4.3.6 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 79 3.4.3.7 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 82 3.4.3.8 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 85 3.4.3.9 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 88 3.4.3.10 Kết trường hợp mát tiết diện Nhóm 10 91 3.4.3.11 Tổng hợp kết nghiên cứu 94 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 4.1 Kết luận 102 4.2 Kiến nghị 103 53 c Tải trọng thi công Tải ưọng ván khuôn, xe đúc 500KN, độ lệch tâm xe đúc e = 2500 mm Tải trọng đoạn đường thi công hẫng 4.8xlO-4MPa Tải trọng đoạn khác phía hẫng 2.4xlO’4MPa d Hoạt tải Mơ hình hoạt tải đường tàu Metro sử dụng gồm toa xe đầy hành khách Toa n Toa 1ẸDHM 1WKH 1S0KN 1WKN 1WKN 15DKN 16CKN lasm -rtrt 6.J m 2ũm 20m 20m Hình 3.20 Tải trọng theo phưomg dọc đoàn tàu Metro 3.5m 1.75m r 1,75m 1.435m 13USIH 1.435m _J I _ ! — SOKN 80KN SOKN aOKN Đốn tâu sị Đồn làu sà Hình 3.21 Tải trọng theo phương ngang đồn tàu Metro 54 Hình 3.22 Khai báo tải trọng đoàn tàu Metro 3.3.2.7 Điều kiện biên Cảc điều kiện biên xét mơ hình nàỵ: - Liên kết chân trụ với bệ móng: sử dụng liên kết ngàm cố định - Liên kết trụ với khối KO: kết cấu cầu kết cấu cầu khung, nhiên, mặt cắt dầm có điềm tham chiếu mặt nên cần phải tạo liên kết cứng, hạn chế tất chuyển vị để nối dầm với trụ Liến kết xuất khỉ mơ hình hóa thỉ cơng đốt KO - Liên kết gối dỉ động đầu dầm: hai đầu dầm, cầu cố gối di động Do đỏ, cần mơ hình liên kết tương ứng Các liên kết xuất mơ hình hóa khối đúc đà giáo Trong mơ hình gối gắn trực tiếp vối 55 nứt dầm gồm nút đỉnh gối nứt mặt gối Các nút đỉnh gối liền với dầm liên kết cúng Các nút mặt gối đĩnh gối nối với liên kết đàn hồi 3.3.2.8 Kiểm tốn kết cấu - ứng suất, mơ men: với kết tính tốn thu thấy ứng suất nhỏ giá trị ứng suất cho phép Giới hạn kéo bê tông: = -0.86 MPa < 0,25^7^=1.85 MPa Giới hạn nén bê tông: = 13.56MPa < Ợg\o,45f = 24.75 MPa Hình 3.23 Tải trọng theo phương ngang đoàn tàu Metro - Biến dạng: vối kết tính tốn thu thấy biến dạng nhỏ giá trị biến dạng cho phép s 25 ũ D VR' Lx* J3 ANE = 23.045mm < AJ? =77?- = 7777 = 82.5 mm j‘* 10 DO 1OŨ0 56 „ V- I.vc 1D25Ũ0 ANc = 102.5mm < ,1‘\f = _ - —7- - 102.5 mm 80 Ũ LOOJ L_ 17 mm 32 mm Hình 3.24 Chuyển vị đứng lớn cầu tác dụng hoạt tải 57 3.4 Phân tích ảnh hưởng mát tiết diện cáp dự lực căng tác động đến cơng trình 3.4,1 Giả thiết hư hỏng Hư hỏng cáp dự ứng lực mát mát tiết diện ảnh hưởng đến nội lực biến dạng kết cấu đã trình bày frong mục 3.2,2, theo [1,4] chi phí tu, sửa chữa khỉ cầu hư hỏng lớn nên đề dần thiết lập thống kê xuống cáp theo thời gian cơng trình Trong nghiên cứu đưa dự bảo hư hỏng cơng trình tương lai cách biểu thị hư hỏng mát tiết diện thông qua việc giảm lực căng kéo cáp kết cấu, biểu thị sau: Bảng 3.5 58 3.4.2 Các trường hợp phân tích hư hỏng lựa chọn Từ ảnh hưởng mát tiết diện đến khả làm việc cơng trình nêu mục 3.1 Trong nghiên cứu tập trung phân tích ảnh hưởng trường hợp mát tiết diện cáp dự ứng lực căng Để thuận tiện cho trình nghiên cứu, trường hợp mát tiết diện phân thành nhóm: Nhóm (N1): nghiên cứu mát tiết diện bó cáp dự ứng lực căng thớ dầm, bao gầm trường hợp THI đến TH17 Nhóm (N2): nghiên cứu mát tiết diện bó cáp dự ứng lực căng thớ cánh dầm THI W|«í|TW|ni|T» ■ k: k’ b-'l M ■’ rskJ "r iMr,iH k'M ■ ”k'-1 '1T'lir-' 111! ‘I” Tí 1? TI i TS '1 ■ '1 Hình 3.25 Nhóm cáp DUL N2 Nhóm (N3): nghiên cứu mát tiết diện bó cáp dự ứng lực căng thớ bụng dầm TH19 59 Nhóm (N4):Hình nghiên cứuNhóm mát diệnN3của 17 bó cáp dự ứng lực 3.26 cáptiết DUL căng thớ cánh trái dầm TH20 1’ 1S- H 1' -H' -1' '1 ’"1 1T r, |r -] |RT| rij Nhứrirt cầp Tí T4 rr - - 1'1'1 ■i; TS Hình 3.27 Nhóm cáp DUL N4 Nhóm (N5): nghiên cứu mát mát tiết diện 34 bó cáp dự ứng lực căng thớ dầm TH21 60 J1 |ĩi9|TUlri || n rr I] ' ’ k"ì '11 11 I’ ' 1'^''“1 1’ ^-■ ■ ■ 11-1 ■-1 -j r K'jTifiũ|rĩ^3-1 |ri4 T Tí -L $ Nhịm cap 55 Hình 3.28 Nhóm cáp DUL N5 Nhóm (N6): nghiên cứu mát tiết diện bố cáp dự ứng lực căng thớ dầm, bao gồm trường hợp TH22 đến TH25 Nhóm (N7): nghiên cứu mát tiết diện bó cáp dự ứng lực căng thớ bên dầm TH26 Hình 3.29 Nhóm cáp DUL N7 Nhóm (N8): nghiên cứu mát mát tiết diện bó cáp dự ứng lực căng thớ dầm TH27 61 Hình 3.30 Nhóm cáp DUL N8 Nhóm (N9): nghiên cứu mát tiết diện 21 bó cáp dự ứng lực căng thớ thớ bên dầm TH28 R8.IJ ■Il.» ■BI- rBi-ĩ|rB^4 TO 1 ST1 |*Bi-ĩ|f tu roi-ỉ Nhõm N? [STỊT^T 1'1^1 TT TI Tí ĨỊ-2 :-| f-1jrf.j-i j-’Ỳ:|nir l| í-