Đánh giá hiệu quả kinh tế của các biện pháp gia cường cầu bê tông cốt thép dự ứng lực trên địa bàn tỉnh trà vinh

Một khối lượng khá lớn cầu sử dụng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực nhưng hầu hết các cầu này được xây dựng từ khá lâu nên qua quá trình khai thác sử dụng dầm cầu xuất hiện hư hỏng ảnh hư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

LÊ TRUNG TÍN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC

BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

DỰ ỨNG LỰC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

LÊ TRUNG TÍN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC

BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

DỰ ỨNG LỰC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 60.58.02.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRẦN ĐÌNH QUẢNG

Đà Nẵng - Năm 2017

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Trung Tín

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CÚU CỦA ĐỀ TÀI 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

5 BỐ CỤC LUẬN VĂN 2

6 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CÚU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU DẦM ĐƠN GIẢN BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 4

1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CẦU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 4

1.1.1 Cầu bê tông dự ứng lực trên thế giới 4

1.1.2 Cầu bê tông dự ứng lực ở Việt Nam 5

1.2 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH 6 1.2.1 Cầu bê tông cốt thép 13

1.2.2 Cầu thép 14

1.2.3 Cầu thép và bê tông liên hợp 14

1.3 CÁC CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG CẦU DẦM GIẢN ĐƠN 14

1.3.1 Công nghệ dán bản thép tăng cường cầu dầm 14

1.3.2 Tăng cường khả năng chịu lực kết cấu nhịp cầu bê tông dự ứng lực bằng DƯL-N 16

1.3.3 Tăng cường khả năng chịu lực kết cấu nhịp cầu BT DƯL bằng tấm sợi vật liệu composite (FRP) 18

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG DẦM GIẢN ĐƠN BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 22

2.1 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ GIA CƯỜNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI CHO DẦM CẦU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC TRONG 22

2.1.1 Hệ thống cáp dự ứng lực ngoài của hãng QVM 22

2.1.2 Hệ thống cáp dự ứng lực ngoài của hãng OVM 24

2.1.3 Lý thuyết phân tích kiểm toán 27

2.1.4 Ví dụ tính toán 29

2.1.5 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ căng cáp dự ứng lực ngoài 33 2.2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ GIA CƯỜNG BẰNG TẤM SỢI VẬT LIỆU COMPOSITE (FRP) 33

2.2.1 Các đặc điểm tổng quát 33

2.2.2 Các đặc trưng cơ học của vật liệu FRP 35

2.2.3 Lý thuyết tính toán 36

2.2.5 Dự toán sửa chữa dán tấm sợi cacbon cho một dầm: 39

2.2.6 Ưu điểm của công nghệ dán vật liệu sợi cacbon 39

2.2.7 Nhược điểm công nghệ dán vật liệu sợi cacbon 39

2.3 SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN GIA CƯỜNG 40

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 40

CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN VỚİ CÔNG TRÌNH CẦU MÂY TỨC TRÊN QUỐC LỘ 53, THỊ TRẤN CÀNG LONG, HUYỆN CÀNG LONG, TỈNH TRÀ VİNH 41

3.1 PHƯƠNG ÁN GIA CƯỜNG CẦU MÂY TỨC BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI CHO DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 41

3.1.1 Số liệu tính toán 41

3.1.2 Tính toán sức kháng uốn của dầm trước khi gia cường 44

3.1.3 Mô hình phân tích 45

3.1.4 Tải trọng phân tích 46

3.1.5 Tổ hợp tải trọng tính toán kiểm tra 48

3.1.6 Điều kiện kiểm tra kết cấu chịu lực theo 22TCN272-05 48

3.1.7 Tính toán dầm chủ sau khi cắt cáp dự ứng lực trong 49

3.1.8 Tính toán nội lực dầm trước khi gia cường cáp dự ứng lực 50

3.1.9 Tính toán độ lớn nội lực cần tăng cường cho dầm cầu 51

3.1.10 Phương án gia cường 51

3.1.11 Tính toán dầm sau khi tăng cường 53

3.1.12 Tổng kết kết quả tăng cường 55

3.1.13 Dự toán sửa chữa căng cáp dự ứng lực ngoài 56

3.2 PHƯƠNG ÁN DÁN TẤM SỢI VẬT LIỆU FRP 56

3.2.1 Nội lực kiểm tra kết cấu 56

3.2.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của cấu kiện 57

3.2.3 Dự toán sửa chữa tăng cường dán vật liệu FRP 57

3.3 SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN GIA CƯỜNG 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

PHỤ LỤC

BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH

Học viên: Lê Trung Tín Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 60.58.02.05 Khóa: 31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Mạng lưới giao thông đường bộ nước ta nói chung và tỉnh Trà Vinh nói riêng hiện

nay ngày càng mở rộng và phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội Trong đó tồn tại khá nhiều công trình cầu bê tông cốt thép dự ứng lực với trạng thái kỹ thuật của các công trình này đã và đang xuống cấp bởi nhiều nguyên nhân khác nhau Bên cạnh đó các công tác duy tu, sửa chữa vẫn còn nhiều bất cập, chưa triệt để dẫn đến chưa đạt được hiệu quả cao Tuy nhiên trong tình hình kinh tế khó khăn như hiện nay, nguồn vốn đầu tư cho xây dựng cơ bản rất hạn hẹp Vì vậy cần có nhiều nghiên cứu, đánh giá đưa ra biện pháp gia cường tối ưu nhằm đảm bảo hiệu quả kinh tế, kĩ thuật Nghiên cứu này so sánh, đánh giá hiệu quả kinh tế của hai biện pháp gia cường bằng tấm sợi vật liệu composite (FRP) và căng cáp

dự ứng lực ngoài của cầu trên địa bàn tỉnh Trà Vinh để đưa ra biện pháp hợp lý vừa phải đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật vừa phải đảm bảo yêu cầu về tài chính trong hoàn cảnh khó khăn về kinh tế như hiện nay

Từ khóa - gia cường; composite; dự ứng lực ngoài; hiệu quả kinh tế; cầu bê tông cốt thép;

EVALUATION OF THE EFFICIENT ECONOMY OF

REINFORCEMENT MEASURES FOR PRE-STRESSED CONCRETE BRIDGES IN TRA VINH PROVINCE Abstract – In general, road transportation networks in Viet Nam and Tra Vinh province in

particular are increasingly expanding and developing in order to meet the requirements of socio-economic development There are still quite a lot of pre-stress concrete bridges with actual conditions of these bridges that have been degraded and damaged by various reasons

In addition, the maintenance and repair works is still inadequate, thorough leading to not to achieve high efficiency However, capital investment for construction is very limited in currently difficult economy situation Therefore, many researches and evaluations should be executed in order to provide optimal reinforcement measures and ensure efficient economy and technical requirements This study compares and evaluates efficient economy of two reinforcement measures by fibre - reinforced plastic (FRP) and external prestressed strand for certain bridges in Tra Vinh province to fully provide reasonable approaches that are met not only the technical requirements but also financial issues during present difficulty in economy condition

Key words - reinforcement; composite; external prestressed concrete; efficient economy;

reinforced concrete bridges

BT : Bê tông BTCT : Bê tông cốt thép DƯL : Dự ứng lực DƯL-N : Dự ứng lực ngoài ƯST : Ứng suất trước

QL : Quốc lộ

ĐT : Đường tỉnh

ĐH : Đường huyện GTVT : Giao thông vận tải

TP : Thành phố

VN : Việt Nam

Số hiệu

1.1 Hiện trạng hệ thống cầu trên các đường Quốc lộ trong tỉnh Trà Vinh 7 1.2 Hiện trạng hệ thống cầu trên Đường tỉnh, huyện trong tỉnh Trà Vinh 8

2.2 Bán kính và số lượng tao cáp của ống dẫn hướng 24 2.3 Các thành phần cơ bản của cáp dự ứng lực ngoài 25

2.10 Khối lượng vật tư dán tấm sợi cacbon cho một dầm 39

2.12 Bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật hai phương án gia cường 40

3.4 Bảng khối lượng vật tư thi công DƯL-N cầu Mây Tức 56 3.5 Bảng chi phí phương án cáp DƯL-N cầu Mây Tức 56 3.6 Bảng tổng hợp kết quả tăng cường dán vật liệu FRP 57 3.7 Bảng khối lượng vật tư thi công gia cường FRP một nhịp dầm 57 3.8 Bảng chi phí xây dựng gia cường FRP cho một nhịp dầm 58 3.9 Bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật hai phương án gia cường 58

1.8 Sơ đồ bố trí cáp DƯL-N trong tăng cường kết cấu nhịp cầu 17 1.9 Kết quả tăng cường cầu bằng DƯL-N các cầu trên QL 80 18

1.11 Sơ đồ trình tự thi công dán tấm sợi vật liệu Composite 19 1.12 Cầu Hói Rui Km867+785 –Huế được gia cố bằng vật liệu FRP 20 1.13 Sửa chữa và gia cường cho dầm cầu Thừa Lưu QL1A-Huế 20 1.14 Sửa chữa và gia cường cầu Ngòi Cát trên QL70 – Lào Cai 20 2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống cáp dự ứng lực ngoài 22 2.2 Cấu tạo đầu neo cáp điển hình (QVM –ET2) 23

2.4 Hệ thống cáp dự ứng lực ngoài của hãng OVM 24 2.5 Đầu neo điển hình OVM cáp dự ứng lực ngoài 25 2.6 Thiết bị chuyển hướng cáp dự ứng lực ngoài 26 2.7 Sáu loại chống ăn mòn cáp dự ứng lực ngoài 27 2.8 Thiết bị giảm chấn cho cáp dự ứng lực ngoài 27 2.9 Sơ đồ tiết diện tính toán sức kháng uốn dầm 28

2.20 Xác định hiệu ứng chiều cao làm việc tiết diện 36

hình vẽ

2.21 Biểu đồ phân tích lực trên mặt cắt ngang 36

3.2 Số dầm bố trí cho nhịp cầu Mây Tức hiện trạng 41 3.3 Cấu tạo mặt cắt ngang dầm trước và sau liên hợp 42

3.5 Bố trí cáp dự ứng lực trong dầm I 24.54m (1/4) 42 3.6 Bố trí cáp dự ứng lực trong dầm I 24.54m (1/2) 43 3.7 Chi tiết hình dạng các tao cáp dự ứng lực trong 43 3.8 Mặt cắt ngang bố trí cáp đầu dầm và giữa nhịp (dầm I 24.54m) 44 3.9 Mặt cắt ngang dầm tính toán sức kháng uốn giữa nhịp 44 3.10 Mô hình tổng thể nhịp dầm với Midas/Civil 46 3.11 Mô hình tải trọng cáp dự ứng lực trong (1/2 dầm) 47 3.12 Sơ đồ xếp tải trọng làn xe, xe tải thiết kế 47 3.13 Định nghĩa xe tải và xe hai trục và hiệu ứng HL93 47

3.16 Kết quả tính độ vồng dầm sau khi cắt cáp dự ứng lực trong 49

3.19 Mô men dầm ở tổ hợp giới hạn sử dụng không xét hoạt tải 51 3.20 Đầu neo cáp OVM 12 tao 15mm được lựa chọn 51 3.21 Bộ chuyển hướng có bán kính 2500 cho bó cáp 12 tao 15mm 52

3.23 Mặt cắt ngang bố trí cáp tại đầu dầm và giữa nhịp 52 3.24 Mô men trong dầm do căng cáp dự ứng lực ngoài 53 3.25 Mô men trong dầm ở trạng thái giới hạn sử dụng 53

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trà Vinh là một tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long có hệ thống sông ngòi chằng chịt, để kết nối ứng với nhu cầu đi lại cũng như vận chuyển hàng hóa của người dân các vùng trong địa bàn tỉnh nên các cầu đã được xây dựng theo phân loại:

a Cầu bê tông cốt thép

Tổng số lượng cầu bê tông cốt thép là 80 cây, quy mô cầu bê tông cốt thép vĩnh cửu với tổng chiều dài 4.421,9 m Trong đó:

Đối với hệ thống đường Quốc lộ có 51 cầu với tổng chiều dài là 2.612,50 m khổ cầu đảm bảo cho 02 làn xe lưu thông (chiều rộng phần xe chạy trung bình từ 6,0 m – 12,0 m), tải trọng từ 18 tấn đến 30 tấn

Đối với hệ thống Đường tỉnh có 33 cây với tổng chiều dài 2.407,62 m khổ cầu đảm bảo cho 02 làn xe lưu thông (chiều rộng phần xe chạy trung bình từ 6,0 m - 7,0 m, riêng cầu Ba Động trên Đường tỉnh 913 chỉ có 3,5 m), tải trọng từ 13 tấn đến 18 tấn Đối với hệ thống Đường huyện có 75 cây với tổng chiều dài 2.841,8 m, về khổ cầu: những cầu được đầu tư từ những năm 2006 trở lại đây khổ cầu đảm bảo cho 02 làn xe lưu thông và những cầu được đầu tư trước năm 2006 chỉ đảm bảo cho 01 làn xe lưu thông với chiều rộng phần xe chạy từ 3,5 m – 4,0 m; về tải trọng đảm bảo cho xe

có tải trọng nhỏ hơn 13 tấn lưu thông

b Cầu thép

Hiện nay có 38 cầu thép với tổng chiều dài 1.023,3 m, tất cả đều nằm trên Đường Huyện Cầu thép được đầu tư với tải trọng thấp (khoảng 5T), khổ cầu nhỏ (khoảng 3,5 m) và mục đích để đảm bảo giao thông, xóa cầu khỉ Đa số cầu hiện đã xuống cấp trầm trọng nên cần được đầu tư thay thế bằng cầu bê tông cốt thép

c Cầu thép và bê tông liên hợp

Cầu thép và bê tông cốt thép liên hợp chiếm tỷ trọng ít và chỉ có ở các tuyến Quốc lộ, Đường huyện được đầu tư vào những năm 90 Có tất cả 05 cầu, với tổng chiều dài 330,95 m, trong đó có 04 cầu trên Quốc lộ với tổng chiều dài 258,95 m và 01 cầu trên Đường huyện có chiều dài 72,0 m

Một khối lượng khá lớn cầu sử dụng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực nhưng hầu hết các cầu này được xây dựng từ khá lâu nên qua quá trình khai thác sử dụng dầm cầu xuất hiện hư hỏng ảnh hưởng đến năng lực chịu tải của kết cấu cầu Nếu không có biện pháp tăng cường ngăn cản, hạn chế sự phát triển các yếu tố bất lợi thì tốc độ xuống cấp

sẽ nhanh hơn, giảm khả năng chịu tải của cầu, không đáp ứng nhu cầu đi lại cũng như vận chuyển hàng hóa của nhân dân trong khu vực

Trước tình hình trên, các đơn vị quản lý đã có một số biện pháp sửa chữa đảm bảo giao thông trong giai đoạn trước mắt và đề xuất với cơ quan nhà nước có thẩm

quyền bố trí vốn để đầu tư thay thế Tuy nhiên trong tình hình khó khăn hiện nay, nguồn vốn đầu tư cho xây dựng cơ bản rất hạn hẹp (đa số dự án phải chuyển qua hình thức đối tác công tư hoặc vốn vay ODA) thì cần thiết phải nghiên cứu các biện pháp

để tăng cường khả năng chịu tải của dầm cầu tăng khả năng chịu lực của kết cấu nhịp đảm bảo khả năng chịu lực của cầu

Với yêu cầu cấp thiết của thực tiễn đặt ra là cần phải nghiên cứu giải pháp sửa chữa, tăng cường các dầm cầu BTCT DƯL trên địa bàn vừa phải đảm bảo yêu cầu về

kỹ thuật vừa phải đảm bảo yêu cầu về tài chính trong hoàn cảnh khó khăn về kinh tế

như hiện nay Đề tài “Đánh giá hiệu quả kinh tế của các biện pháp gia cường cầu bê

tông cốt thép dự ứng lực trên địa bàn tỉnh Trà Vinh” được nghiên cứu nhằm giải

quyết những khó khăn mà các nhà quản lý còn vướng mắc

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CÚU CỦA ĐỀ TÀI

Phân tích hiệu quả kinh tế các biện pháp tăng cường dầm cầu bê tông dự ứng lực trên địa bàn tỉnh Trà Vinh

So sánh hiệu quả kinh tế của các biện pháp gia cường căng cáp dự ứng lực ngoài

và gia cường bằng vật liệu composite, khả năng ứng dụng thực tế tại địa phương để

đưa ra giải pháp hợp lý

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Các cầu sử dụng kết cấu nhịp dầm giản đơn bê tông dự ứng lực trên hệ thống giao thông địa phương

Phạm vi nghiên cứu: Do điều kiên về thời gian thực hiện luận văn không nhiều nên ở đây chỉ nghiên cứu hai biện pháp gia cường: Căng cáp DƯL ngoài và Dán tấm sợi vật liệu composite (FRP) cho dầm BTCT DƯL, phân tích, đánh giá hiệu quả kinh

tế và so sánh kinh tế, kỹ thuật để đưa ra giải pháp hợp lý

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết việc tính toán kết cấu sữa chửa gia cường công trình cầu

Tính toán hiệu quả kinh tế thông qua các quy phạm, quy định của nhà nước, các định mức, đơn giá nhà nước ban hành và công nghệ thi công hiện có của địa phương Phương pháp nghiên cứu trên các số liệu hiện có, và phần mềm phân tích kết cấu

và dự toán

5 BỐ CỤC LUẬN VĂN

Luận văn được trình bày trong 3 chương, có nội dung chính như sau:

Chương 1: Tổng quan các biện pháp gia cường cầu dầm đơn giản bê tông DƯL Chương 2: Cơ sở đánh giá hiệu quả kinh tế của các biện pháp gia cường dầm giản đơn bê tông dự ứng lực

Chương 3: Ví dụ tính toán với công trình cầu Mây Tức trên quốc lộ 53, thị trấn

Càng Long, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh

Kết luận và kiến nghị

6 TÀI LIỆU NGHIÊN CÚU

Các tài liệu nghiên cứu được tìm chủ yếu trên mạng internet và thư viện về gia cường cáp dự ứng lực ngoài và dán sợi carbon

Các đề tài đã được thực hiện ở Việt nam về kết cấu cầu

Nghiên cứu khai thác và sử dụng phần mềm lập trình Matlab, phần mềm phân tích kết cấu cầu Midas/Civil

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG

CẦU DẦM ĐƠN GIẢN BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CẦU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

1.1.1 Cầu bê tông dự ứng lực trên thế giới

Cầu BTCT xuất hiện đầu tiên vào những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi Xi măng đuợc phát minh vào khoảng năm 1825, việc đặt thép vào BT xuất hiện lẻ tẻ vào những năm 1835-1850 Từ năm 1855 trở đi BTCT mới chính thức ra đời tại Pháp Năm 1875 Joseph Monier đã xây dựng cầu BTCT đầu tiên dài 50ft (15,24m) rộng 13ft (3,96m) Kỹ sư người Pháp Francois Hennebique đã phát triển mặt cắt ngang dạng T, Ông và những học trò của ông như kỹ sư người Thụy Sĩ Robert Maillart đã xây dựng một vài cầu vòm BTCT nổi tiếng, Những cầu BTCT của Maillart đuợc xem như là biểu tuợng về thẩm mỹ. [1]

Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu BTCT chủ yếu là cầu nhịp nhỏ - cầu bản, dầm, vòm Năm 1896 nguời ta đã xây dựng cầu vòm nhịp 45m tại nuớc Nga

Giai đoạn đầu thế kỷ XX cầu BTCT đã phát triển mạnh mẽ ngoài dạng đơn giản, nguời ta đã bắt đầu làm cầu liên tục, cầu khung, dầm công xon nhịp đến 30-40m Trong giai đoạn này cầu thuờng dùng phuơng pháp đổ bê tông liền khối và là BTCT thuờng nên nhịp nhỏ[1]

Thời kỳ đầu trong lịch sử của BTCT, năm 1888 một nguời Mỹ tên là P.H Jackson

ở San Francisco đã có ý tuởng rất hay Ông ta nghĩ rằng sợi thép mà đã đuợc sử dụng trong BTCT nếu ngay từ đầu được kéo căng thì kết quả kết cấu này sẽ khoẻ hơn nhiều

so với kiểu BTCT Những cuộc thí nghiệm của Jackson đã không bao giờ thành công

vì hầu như chắc chắn là do những sợi thép ở thời kỳ đó không đủ chịu kéo Năm 1930 Eugène Freyssinet - nguời Pháp bắt đầu sử dụng sợi thép cuờng độ cao và đã mở ra một khái niêm mới khác trong ngành xây dựng - BTCT ứng suất truớc

BTCT ƯST ra đời đầu tiên ở Pháp ngay từ những năm 30 của thế kỷ XX đến cuối những năm 1940 thì phát triển mạnh Từ những năm 50 đã xây dựng những cầu dầm giản đơn BTCT ƯST nhịp 60-70m và từ những năm đầu thập kỷ 60 họ đã sử dụng công nghệ hẫng trong xây dựng cầu BTCT Năm 1964 cầu Orleron dài 2832m gồm 46 nhịp (nhịp chính dài 79m) đuợc xây dựng bằng phuơng pháp lắp hẫng, cầu Calix dài 1200m gồm 3 nhịp chính 113+156+113 ở hai bờ có cầu dẫn nhịp 70 m

Song song với công nghệ lắp hẫng, ở Pháp cũng phát triển nhiều công trình đúc hẫng (thuờng dùng cho các nhịp 80-130m) ví dụ cầu dầm liên tục Gennevillies gồm phần cầu chính có 5 nhịp đối xứng, cầu treo dây văng Brontonne bắc qua sông Sein có nhịp chính dài 320m dầm BTCT ƯST tiết diên hình hộp Công nghê này cũng đuợc sử dụng ở nhiều nuớc ví dụ: Cầu Beldoif ở Đức có L=208m ở Nhật Cầu Hikoshima Ohashi nhịp 236m, cầu Hamana nhịp 240m ở Mỹ có cầu Koror Babelthuap có nhịp

giữa dài 240,7m; Tại áo cầu SCHOTTWIEN nhịp giữa dài 250m (77,75+162,5+250 +142,25) xây dựng 1986-1989

Trong những năm 30-40 của thế kỷ XX cầu BTCT phát triển mạnh, đã xây dựng đuợc những cầu lớn, áp dụng kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép trong xây dựng cầu Trong thời kỳ này ở Nga đã xây dựng những cầu vòm nhịp đến 116, 120m (Cầu vòm qua kênh đào Mátxkva nhịp 116m, 4 làn đuờng sắt) Cầu vòm ở Thụy Điển nhịp 181m, Tây ban Nha 205m. [1]

Những năm 50 ở Liên Xô cũ đã xây dựng cầu nhịp 40-70m Năm 1952 Xây dựng cầu vòm qua sông Dnhep nhịp tới 228m

Năm 1961 cầu Abtozavodsi có 3 nhịp (36,4+148+36,4) là cầu khung dầm có khớp L=148m (là cầu khung có nhịp dài thứ 2 sau cầu Medway ở Anh Nhịp 152m) BTCT ƯST hầu như đuợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở Châu Âu trong nửa đầu của thế kỷ 20, ở Mỹ bắt đầu chậm hơn Cầu BTCT ƯST lớn đầu tiên đã đuợc xây dựng ở Mỹ là cầu Walnut Lane ở Philadelphia, Pennsylvania đuợc xây dựng năm

1956. [1]

1.1.2 Cầu bê tông dự ứng lực ở Việt Nam

Ở Việt Nam cầu BTCT được xây dựng từ thời Pháp thuộc với các dạng như cầu bản, cầu dầm hoặc giàn đơn giản, cầu dầm hoặc giàn mút thừa được thi công theo phơng pháp đúc tại chỗ Các kết cấu này thường có hai dầm chủ hoặc giàn chủ, bản mặt cầu, dầm dọc, dầm ngang Bề rộng đờng ô tô khoảng 4-5m, ví dụ cầu Ba Càng - QL1 tỉnh Vĩnh Long sơ đồ cầu: 14,5+30+14,5m, và các cầu đường sắt đơn tuyến khổ đường 1m, các cầu này có chiều dài nhỏ hơn 20-30(m)

Hình 1.1 Cầu Ba Càng QL1 - Tỉnh Vĩnh Long

Cho đến nay sau một thời gian dài sử dụng hoặc do sự tàn phá qua các thời kỳ chiến tranh nhiều cầu bị phá huỷ hoặc hư hỏng, xuống cấp phải thay thế bằng những cầu mới, tuy nhiên hiện nay một số cầu được xây dựng từ thời Pháp thuộc hiện vẫn còn đang được sử dụng như cầu Đầu Sấu QL1 tỉnh Cần Thơ, Cái Xếp (Đồng Tháp) Những năm sau kháng chiến chống Pháp ta đã xây dựng lại một số cầu với kết cấu dầm giản đơn lắp ghép tiết diện chữ T Đến những năm đầu thập kỷ 70 đã thiết kế

và xây dựng các cầu BTCT ƯST nhịp 24m, 33m (nhịp dẫn cầu Thăng Long Hà Nội) Tại miền nam trước 1975: xây dựng rất nhiều cầu BTCT ƯST sử dụng chủ yếu

là kết cấu nhịp 24,7; 24,54 (bán lắp ghép); dầm bụng cá: 12,5m; 15,6m; 18,6m; 21,6m các kết cấu nhịp này chủ yếu đước chế tạo tại nhà máy bê tông Châu Thới

Từ năm 1958, công ty RMK của Mỹ đã chế tạo, thiết kế và sản xuất các loại cấu kiện BTCT tiền áp (dầm cầu dạng T12.5m, T18.6m, T24.7m) Sau năm 1975, đồi tên

là xí nghiệp bê tông Châu Thới dưới sự tiếp quản của bộ Giao Thông Vận Tải đã nghiên cứu và sản xuất thành công sản phẩm mới là dầm BTCT tiền áp I24.54m, dầm I33

Trong những năm gần đây, dầm BTCT dự ứng lực dạng I đã được ứng dụng và sản xuất rộng rãi theo quy mô công nghiệp đã và đang là một giải pháp kết cấu kinh tế được các đơn vị thiết kế ứng dụng khi thiết kế cho công trình cầu tại Việt Nam. [1]

1.2 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH

Trong quá trình phát triển của đất nước thì việc đầu tư cơ sở hạ tầng là nhu cầu thiết yếu Hạ tầng giao thông là huyết mạch, là nền tảng phải đi trước một bước so với các cơ sở hạ tầng khác Cùng chung với sự xây dựng cơ sở hạ tầng của đất nước thì hạ tầng giao thông tỉnh Trà Vinh cũng được đầu tư phát triển Hiện nay toàn Tỉnh có 03 tuyến Quốc lộ, 06 tuyến Đường tỉnh và 42 tuyến Đường huyện với tổng chiều dài 889,90 km đường và trên tuyến có 191 cầu [8]

Hình 1.2 Bản đồ hiện trạng giao thông tỉnh Trà Vinh[8]

R ạc

h B ưn

g L ớn

Ra ïch M ương

raø a

át L ớn

Sông An Trường

K.L

o Co

Rạc

h Lung

K.S áu L ương

R D ừa Đ ỏ

S.D ừa Đỏ

Rạch Bà Tư

Raïch

Rùm

Vàm Nin h T

hới

R H uy nh K ê

ương

Ra ïch Tra ø M

K.Cấp 2

S.Đa Tèng

K B ắc P

heøn

K ên

h X án

K.OÂng Xây

K.ĐƯơøng Tra

âu

R.Năng

K ên

h X án

g 1

R.B àng Đa

R Ta

ân L ỏn

R.C ái C ỏ

S .L

a C hi

Rạc h Be

án Đo ø

S .C ồn L ợi

HL 32

H L.8

HL.3 1

H L 3 1

HL .2

HL.3 9

H L.2

H L 2 6

án t ra ùnh

HL.36

H L 3 7

H L.9

H L.4

H L.1 0

HL.1 9

H L.2 3

HL.5

Đ T 9 01

Đ T.9

4

ĐT 91 5B

Cầu Bà Thống Cầu

Ụ Châu

Cầu Bưng Lớn

Cầu Chùa

Cầu Đầu Giồng

Cầu

Cầu Cầu

Cầu Trà Mẹt

Cầu

Cầu Kênh 15

Cầu

Cầu Ngã Hậu

Cầu Từ Thiện

Cầu Nghĩa Hậu

Cầu Bờ Xe

Cầu Ván

Cầu Tống Tồn

Cầu

Lo Co

Cầu Ninh Bình

Cầu Ấp 08

Cầu

Sư Bích

Cầu Tân An

Cống Ninh Thới

Cầu Phong Phú

Cống đập S.Cần Chông

Cầu Cầu Suối

Cầu Tre

Cầu Cao 1

Cầu TeTe

Cầu Cây Gáo Cầu

Đại Sư

Cầu Rạch Lợp

Cầu Tiểu Cần

Cầu Từ Ô 2

Cầu Từ Ô 1

Cầu Ông Rùm

Cầu Ngãi Trung

Cầu Tập Ngãi

Cầu Số 5

Cầu Tập Sơn

Cầu Trà Cú

Cầu Sóc Chà

Cầu Ngọc Biên

Cầu Bung Sen

Cầu Số 2

Cầu Số 3

Cầu Kênh Mới

Cầu Số 1

Cầu Thanh Sơn

Cầu Thủy Lợi

Cầu Long Hiệp

Cầu Sóc Ruông Cầu

Cầu Bà Lãm

Cầu Mương Mới 2

Cầu Giềng Mới C.Mỹ Văn

Cầu Khai Luông Mỹ HuêCầu

Cầu Mây Tức Cầu

Kênh Lá

Cầu Suối

Cầu Ngã Tư

Cầu Láng Thé

Cầu Đùng Đình Cầu Công Cách

Cầu Đập Sen

Cầu Nguyệt Trường

Cống

Đập Rạch Bàng

cống Cái Hóp

Cầu Đập Han 2

Cầu Đập Han 1

Cầu Dừa Đỏ

Cầu Trà Uông 2

Cầu Phú Lân

Cầu Số 4

Cầu Số 3

Cầu Số 2

Cầu Số 1

Cầu Trà Uông 1

Cầu Rạch Dừa 2

Cầu Cổ Chiên

Cầu Cần Đốt

Cầu Rạch Dừa 1

Cầu Bắc Phìn

Cầu Kênh Xáng

Cầu

An Khang

Cống Láng Thé

Cầu

Ô Xây

Cầu Thanh Nguyên

Cống

Cầu Kênh Đại Cầu Phú Hòa 2

Cầu Phú Hòa 1 Cầu Kênh Chợ

Cầu Long Bình

Cầu Long Bình 3

Cầu

Đa Hoà 1

Cầu Bầu Sơn

Cầu

Đa Hoà 2

Cầu Kim Hòa

Cầu Trà Cuôn 1

Cầu Vĩnh Kim

Cống Vĩnh Bình

Cầu Làng Cháy

Cầu Đại Thôn

Cầu Ngang

Cầu Số 7

Cầu Bến Kinh

Cầu Bào Sen

Cầu Rạch Gốc

Cầu Rạch Giồng

Cầu Bà Chẩn

Cầu Bùng Binh

Cầu Ngã Cây Cầu

Rạch Giữa

Cầu Đại An

Cầu Hàm Giang

Cầu Sóc Cụt

Cầu Giồng Lức

Cầu Long Vĩnh

Cầu Ngọc Biên

Cầu

Cầu

Ba So

Cầu Lạc Sơn

Cầu Bào Ha

Cống

Cống

Cầu Kênh Xáng

Cầu Long Toàn

Cầu sắt

Cống

Cống

Cầu Lộ Đá

Cầu Đìa Cát

Cống Cầu

Ô Lắc

Cầu Cống

Cầu Cầu

Cầu Sông Giăng Cống Cầu

Cầu Cồn Tàu

Cầu Trường Long Hòa Cầu Láng Chim

Bến đò Dinh An

Bến đò Vàm Bến Cát

Phà Đại Ngãi

Cảng Trà Cú

Cảng cáĐịnh An

Phà Tà Nị

Đò

Ba Trường

Phà Cổ Chiên

Đò Vĩnh Yên-Long Trị

Cảng Long Đức

Phà Long Đức-Cẩm Sơn

Đò Rạch Kênh -Cồn Cò

Đò Ngãi Lợi -Cồn Nạn

Đò Bà Cầm

Bến Bạ

Đò Bãi Vàng

Đò Bà Liêm

Bến Bạ

Bến Xếp Phụng

Đò Long Hưng 2 -Bến Tre

Đò Mỹ Hiệp

Phà Kênh Tắc

Phà Kênh Tắc

Đò Rạch Gốc -Bến Giồng

Đò Rạch Dầu -Bến Trại

Cảng cáPhú Ẩn

Bến Sau

Bến Trước

Cảng Duyên Hải

Cảng cáLáng Chim

CCN Phong Phú

Bến Xe

Bến Xe

CCN Tiểu Cần

Bến Xe

Bến Xe

Chợ Châu Thành

KCN Long Đức

Bến Xe

Chợ Nhị Trường

Chợ Hiệp Hòa Chợ Cầu Xây

Đe

â ba

o b iển

Chợ Văn Minh

Bến Xe

Chợ Mỹ Long Nam

KDL

Ba Động

Chợ Long hữu

Chợ Thủ Lạc

g T ie

åu C ần

S.C ầu

Q ua n

Kênh Trà Ếch

K ên

h L on

g H ội

Kênh M ây Tức

S .C àn g

Lo ng

Ke ânh

A n

Tr ươ øng

S .L án g

Th é

K ên

h N ga ng

SO ÂNG CO

Å CH IÊN

Ke ânh 3 /2

C Ư ÛA Đ ỊN H A N

K ên

h T ra

Kênh Thống Nhất

Cống La Bang

Kênh Quan Chánh Bố

SO ÂNG C

Ổ C HIE ÂN

Sông T ân Lập

S ôn

g V ĩn

h K im

S B ãi V àn g

Ke ânh T ắt

TN4

S.Bến C hùa

S.H iệp M ỹ

Rạch Cổ Bồng

a Đ ộn g

S ôn

g R ạc h

H àm

CƯ

ÛA C

Ổ C HIE ÂN

CƯ

ÛA C UN

G H ẦU

Rạch T a

R ạc

h G ia êng

Ranh Huyện

Ranh Tỉnh Ranh Huyện

Ranh Tỉnh Ranh Xã

Khu công nghiệp

Bến xe, Cảng Bến Phà, bến đò

Email: tdsisouth@hcm.vnn.vn

Cầu, UBND Phường (Xã) UBND Tỉnh, Thị xã (huyện)

Chĩ dÉn

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN CHIẾN LƯỢC & PHÁT TRIỂN GTVT

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN GTVT

ĐC: 92 NAM KỲ KHỞI NGHĨA, PHƯỜNG BẾN NGHÉ, QUẬN 1, TP HỒ CHÍ MINH; ĐT: (08) 382-111-17; FAX: (08) 382-111-67

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN GTVT

ĐC: 92 NAM KỲ KHỞI NGHĨA, PHƯỜNG BẾN NGHÉ, QUẬN 1, TP HỒ CHÍ MINH; ĐT: (08) 382-111-17; FAX: (08) 382-111-67

Quốc Lộ

Đường thủy huyện quản lý

Đường Tỉnh nhựa Đường Huyện nhựa Đường Đô Thị

Đường Xã

Đường đê Đường thủy TW quản lý Đường Huyện cấp phối, đất

XÃ AN PHÚ TÂN

XÃ TAM NGÃI

XÃ HÒA TÂN

TT CẦU KÈ

XÃ THẠNH PHÚ

XÃ THÔNG HÒA

XÃ HÒA ÂN

XÃ CHÂU ĐIỀN

XÃ HUYỀN HỘI

XÃ SONG LỘC

XÃ BÌNH PHÚ

XÃ PHƯƠNG THẠNH

XÃ ĐỨC MỸ

XÃ NHỊ LONG PHÚ

XÃ NHỊ LONG

XÃ ĐẠI PHÚC

XÃ NGUYỆT HÓA

XÃ LƯƠNG HÒA

XÃ ĐẠI PHƯỚC

XÃ NINH THỚI

XÃ PHONG PHÚ

TT.CẦU QUAN

XÃ TÂN HÒA

XÃ PHONG THẠNH

XÃ LONG THỚI

XÃ PHÚ CẦN XÃ HIẾU TRUNG

XÃ HÙNG HÒA

XÃ AN QUẢNG HỮU

XÃ LƯU NGHIỆP ANH

XÃ TÂN SƠN

TT.TIỂU CẦN

XÃ HIẾU TỬ

XÃ TẬP NGÃI

XÃ TÂN HÙNG

XÃ NGÃI HÙNG

TT.TRÀ CÚ XÃ KIM SƠN

Cầu Trà Cú

XÃ HÀM TÂN

XÃ ĐẠI AN TT.ĐỊNH AN

XÃ TẬP SƠN

XÃ THANH SƠN

XÃ TÂN HIỆP

XÃ NGÃI XUYÊN

XÃ THANH MỸ

P7

P2 P1 XÃ LONG ĐỨC

XÃ LƯƠNG HÒA A P8

XÃ PHƯỚC HƯNG

XÃ LONG HIỆP

XÃ ĐÔN CHÂU

XÃ HÀM GIANG

XÃ ĐA LỘC TT.CHÂU THÀNH

XÃ MỸ CHÁNH XÃ ĐA LỘC

XÃ ĐÔN XUÂN

XÃ NGỌC BIÊN

XÃ TRƯỜNG THỌ

XÃ NHỊ TRƯỜNG

XÃ HƯNG MỸ

XÃ PHƯỚC HẢO

XÃ KIM HÒA

TT.CẦU NGANG XÃ HIỆP HÒA

XÃ THUẬN HÒA

XÃ HÒA MINH

Cồn

Chim

Cồn Cò

XÃ LONG KHÁNH

XÃ ĐÔNG HẢI

XÃ THẠNH HÒA SƠN

XÃ NGŨ LẠC

XÃ LONG SƠN

XÃ HIỆP MỸ ĐÔNG

XÃ LONG TOÀN

XÃ VĨNH KIM

XÃ LONG HÒA

XÃ MỸ LONG BẮC

Cồn Ph ụng

TT.MỸ LONG XÃ MỸ HÒA

XÃ DÂN THÀNH

XÃ HIỆP MỸ TÂY

XÃ MỸ LONG NAM

CỒN NGÊU

XÃ HIỆP THẠNH XÃ LONG HỮU

XÃ TRƯỜNG LONG HÒA

CAMPUCHIA

Bảng 1.1 Hiện trạng hệ thống cầu trên các đường Quốc lộ trong tỉnh Trà Vinh[8]

(m)

C.Rộng (m) Kết cấu

Tải trọng (T)

12 Phước Hảo km 76 + 654 25,0 7 BTDƯL 25T

7 Cầu Phong Phú km 99 + 81 43,7 7 BTDƯL 25T

8 Cầu Phong Thạnh km 102 + 198 41,0 7 BTDƯL 30T

9 Cầu Rạch Lợp km 114 + 106 81,4 5 BTCT 20T

10 Cầu Te te km 115 + 909 59,7 12 BTCT 30T

11 Cầu Từ Ô 1 km 117 + 717 50,3 10 BTDƯL 30T

12 Cầu Từ Ô 2 km 118 + 360 25,2 10 BTDƯL 30T

13 Cầu Ông Rùm km 119 + 100 50,3 10 BTDƯL 30T

14 Cầu Tập Sơn km 125 + 909 44,2 9,7 BTDƯL 30T

15 Cầu Phước Hưng km 131 + 900 42,7 9 BTDƯL 25T

16 Cầu Giồng Lức km 140 + 714 44,3 9,5 BTDƯL 20T

17 Cầu Tầm Phương km 148 + 57 37,5 7 BTCT 12T

1 Cầu Đập Han 1 km 51 + 764 9,2 9 BTDƯL 25T

2 Cầu Đập Han 2 km 52 + 143 105,8 9 BTDƯL 25T

3 Cầu Dừa Đỏ km 53 + 600 171,9 9 BTDƯL 25T

5 Cầu Bà Lãnh km 88 + 362 18,0 12 BTDƯL 25T

6 Cầu Tiểu Cần km 91 + 667 55,0 12 BTDƯL 25T

Bảng 1.2 Hiện trạng hệ thống cầu trên Đường tỉnh, huyện trong tỉnh Trà Vinh[8]

(km)

Dài cầu (m)

Loại kết cấu

Tải trọng

Th tế (T)

Tải trọng

Th Kế (T)

Đường tỉnh: 912

13 Cầu Khu Mang Cá 06+900 50,34 BTCT 18T H18-X60

14 Cầu Tâp Ngãi 09 + 950 25,24 BTCT 18T H18-X60

15 Cầu Ngãi Trung 12 + 256 62,54 BTCT 18T H18-X60

16 Cầu Cây Gáo 14 + 772 25,24 BTCT 18T H18-X60

30 Cầu Sóc Tro Dưới 24+991,38 51,8 BTCT 30T HL93

31 Cầu Kênh Vàm Buôn 26+960,22 51,8 BTCT 30T HL93

41 Cầu Tân Trung Kinh 2+969,2 19,3 BTCT 0,5HL93

43 Cầu Hiếu Trung 16 +554 22 BTCT 1,5T

45 Cầu Rạch Dừa 1 05+500 46,5 Bailey 10T H10

46 Cầu Rạch Dừa 2 06+300 64,32 Bailey 10T H10

1.2.1 Cầu bê tông cốt thép

Tổng số lượng cầu bê tông cốt thép là 159 cầu, quy mô cầu bê tông cốt thép vĩnh cửu với tổng chiều dài 4.421,9 m Trong đó:

Đối với hệ thống đường Quốc lộ có 51 cầu với tổng chiều dài là 2.612,50 m khổ cầu đảm bảo cho 02 làn xe lưu thông (chiều rộng phần xe chạy trung bình từ 6,0 m – 12,0 m), tải trọng từ 18 tấn đến 30 tấn cá biệt có cầu Tầm Phương trên Quốc lộ 54 chỉ

có 12 tấn

Đối với hệ thống Đường tỉnh có 33 cây với tổng chiều dài 2.407,62 m khổ cầu đảm bảo cho 02 làn xe lưu thông (chiều rộng phần xe chạy trung bình từ 6,0 m -7,0 m,

riêng cầu Ba Động trên Đường tỉnh 913 chỉ có 3,5 m), tải trọng từ 13 tấn đến 18 tấn Đối với hệ thống Đường huyện có 75 cây với tổng chiều dài 2.841,8 m, về khổ cầu: những cầu được đầu tư từ những năm 2006 trở lại đây khổ cầu đảm bảo cho 02 làn xe lưu thông và những cầu được đầu tư trước năm 2006 chỉ đảm bảo cho 01 làn xe lưu thông với chiều rộng phần xe chạy từ 3,5 m – 4,0 m; về tải trọng đảm bảo cho xe

có tải trọng nhỏ hơn 13 tấn lưu thông. [8]

1.2.2 Cầu thép

Hiện nay có 38 cầu thép với tổng chiều dài 1.023,3 m, tất cả đều nằm trên Đường Huyện Cầu thép được đầu tư với tải trọng thấp (khoảng 5T), khổ cầu nhỏ (khoảng 3,5 m) và mục đích để đảm bảo giao thông Đa số cầu hiện đã xuống cấp. [8]

1.2.3 Cầu thép và bê tông liên hợp

Cầu thép và bê tông cốt thép liên hợp chiếm tỷ trọng ít và chỉ có ở các tuyến Quốc lộ, Đường huyện được đầu tư vào những năm 90 Có tất cả 05 cầu,

với tổng chiều dài 330,95 m, trong đó có 04 cầu trên Quốc lộ với tổng chiều dài 258,95 m và 01 cầu trên Đường huyện có chiều dài 72,0 m. [8]

1.3 CÁC CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG CẦU DẦM GIẢN ĐƠN

1.3.1 Công nghệ dán bản thép tăng cường cầu dầm

Đây là phương pháp dán thêm một hoặc nhiều tấm bản thép vào phía ngoài mặt chịu kéo của kết cấu bê tông Yêu cầu của phương pháp là phải đảm bảo bản thép dán làm việc như một bộ phận của cốt thép chịu kéo Bản thép co chiều dày khoảng 10 – 40mm và dán bằng chất kết dính epoxy. [4]

Phương pháp này được áp dụng trong các trường hợp sau:

+ Kết cấu thiếu khả năng chịu lực do sử dụng quá tải

+ Kết cấu thiếu khả năng chịu lực do thi công chất lượng kém không đạt yêu cầu thiết kế

+ Kết cấu thiếu khả năng chịu lực do lượng cốt thép bố trí không đủ

1.3.1.1 Các yêu cầu chung

Tiết diện thép cần gia cường do yêu cầu tăng cường xác định qua tính toán đáp ứng các yêu cầu cần tăng cường

Thép bản gia cường được cắt thành dãy rộng từ 10-25cm Chiều dày nên dùng

từ 3-5mm (8-10mm) để có thể dể dàng ép sát mặt bê tông Số lớp dán từ 1 – 3

1.3.1.2 Trình tự công nghệ thi công

Hình 1.3 Trình tự công nghệ dán bản thép tăng cường

Hình 1.4 Cách bố trí bản thép trong thực tế: (1) Vết hư hỏng ở dầm;

(2) Bản thép

Hình 1.5 Dán bản thép chịu uốn

Hình 1.6 Dán bản thép chịu cắt

1.3.2 Tăng cường khả năng chịu lực kết cấu nhịp cầu bê tông dự ứng lực bằng DƯL-N

1.3.2.1 Giới thiệu chung

Phương pháp này nhằm mục đích sử dụng lực căng của cáp dự ứng lực giảm ứng suất kéo cho bê tông Phương pháp này sử dụng cho kết cấu bê tông dự ứng lực đê thay thế một phần hay toàn bộ cáp bê tông dự ứng lực cũ, cũng có thể tạo ra dự ứng lực mới cho dầm bê tông cốt thép không dự ứng lực từ trước hoặc có thể liên tục hóa các dầm đơn giản thành các dầm liên tục

Cốt thép dự ứng lực được đặt bên ngoài bê tông, chúng truyền lực lên bê tông thông qua các vị trí neo, ụ chuyển hướng Cốt thép dự ứng lực ngoài được bảo vệ trong ống HDPE có bơm sáp để bảo vệ chống rỉ

Phương pháp này được áp dụng trong các trường hợp sau:

+ Kết cấu thiếu khả năng chịu lực do sử dụng quá tải

+ Tăng cường do dự ứng lực trong cốt thép không đủ hoặc bị mất mát

+ Kết cấu thiếu khả năng chịu lực cần tăng năng lực chịu tải

Đây là phương pháp tăng cường cầu BTCT đạt hiệu quả cao nhưng đòi hỏi trình độ công nghệ cao đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới

Một số công trình cầu tại Việt Nam đã áp dụng công nghệ này: Cầu Chữ Y, cầu Rạch Chiếc (TP Hồ Chí Minh); cầu Ba Lai, Cái Cấm, Mỏ Cày (QL 60 – Bến Tre); cầu Đoan Hùng (Phú Thọ); cầu Đa phúc (Thái Nguyên) [6]

1.3.2.2 Ưu điểm của công nghệ

+ Hiệu quả trong việc tăng cường chống nứt cho kết cấu bê tông;

+ Dể dàng kiểm soát chất lượng thi công;

+ Giảm các mất mát ứng suất do ma sát;

+ Có khả năng điều chỉnh lực căng trong quá trình khai thác;

Sau khi bổ sung các dầm ngang neo và dầm ngang chuyển hướng đã cải thiện rõ rệt điều kiện phân bố ngang hoạt tải cho các dầm. [6]

1.3.2.3 Nhược điểm của công nghệ

+ Thời gian thi công kéo dài

+ Tại một số thời điểm phải dừng hoặc hạn chế giao thông trên cầu trong quá trình thi công

+ Không làm tăng khả năng chống uốn, chống cắt cho dầm chủ

1.3.2.4 Trình tự công nghệ thi công căng kéo cáp dự ứng lực ngoài

Hình 1.7 Sơ đồ trình tự thi công cáp DƯL-N

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí cáp DƯL-N trong tăng cường kết cấu nhịp cầu

Hình 1.9 Kết quả tăng cường cầu bằng DƯL-N các cầu trên QL80

1.3.3 Tăng cường khả năng chịu lực kết cấu nhịp cầu BT DƯL bằng tấm sợi vật liệu composite (FRP)

1.3.3.1 Giới thiệu chung

Tăng cường kết cấu bê tông DƯL sử dụng hệ Fibre Reinforced Polymer (FRP) dính bám ngoài đã được sử dụng để tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu đang khai thác được ứng dụng rộng rãi trên thế giới từ những năm 1980 Sự phát triển ban đầu của tăng cường kết cấu sử dụng hệ FRP dính bám ngoài cho kết cấu BT được triển khai vào những năm 1980 ở Châu Âu và Nhật Bản

Fibre Reinforced Polymer (FRP) là một vật liệu composite bao gồm một ma trận polymer được gia cường bằng sợi Các sợi thường là sợi thủy tinh, cacbon hoặc aramid, chất polymer là chất kết dính epoxy Khi nói đến FRP chúng ta phải xác định

đó là vật liệu composite bao gồm cả chất kết dính và sợi làm việc đồng thời chứ không được xét sợi riêng và chất kết dính epoxy

Hình 1.10 Cấu trúc vật liệu FRP

Vật liệu FRP được ứng dụng phổ biến trong việc tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực, kết cấu thép, kết cấu gỗ và kết cấu đá xây, gạch xây Từ những năm 1980 cho đến nay , trên thế giới đã có hàng nghìn công trình được áp dụng vật liệu FRP trong tăng cường khả năng chịu lực bao gồm các lĩnh vực: Xây dựng dân dụng; giao thông vận tải; công nghiệp; thủy lợi và thủy điện; cấp và thoát nước. [3]

1.3.3.2 Ưu điểm

a Về vật liệu:

+ Cường độ chịu kéo, mô đun đàn hồi rất cao và trọng lượng nhỏ;

+ Khả năng chống mài mòn cao, sức đề kháng tốt với các chất xâm thực; + Độ bền rất cao, chịu mài mòn, cách nhiệt, chịu nhiệt tốt;

+ Không cần bảo dưỡng chống rỉ trong quá trình khai thác;

b Về thi công:

+ Thi công nhanh chóng, đơn giản;

+ Không cần nhiều thiết bị máy móc và ít tốn nhân công;

+ Giữ nguyên hình dạng kết cấu cũ không cần phải đập phá kết cấu;

+ Thi công không cần sử dụng coffa;

+ Công trình sau khi được sửa chữa và tăng cường có tính mỹ quan cao. [3]

1.3.3.4 Trình tự thi công dán vật liệu sợi

Hình 1.11 Sơ đồ trình tự thi công dán tấm sợi vật liệu composite

1.3.3.5 Một số công trình tham khảo công nghệ dán vật liệu sợi composite

Hình 1.12 Cầu Hói Rui Km867+785 –Huế được gia cố bằng vật liệu FRP

Hình 1.13 Sửa chữa và gia cường cho dầm cầu Thừa Lưu QL1A-Huế

Hình 1.14 Sửa chữa và gia cường cầu Ngòi Cát trên QL70 – Lào Cai

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Trong chương 1 đã tập trung nghiên cứu lịch sử phát triển của cầu BTCT nói chung và cầu BTCT nhịp giản đơn nói riêng qua các thời kỳ lịch sử Phân tích hiện trạng cầu trên hệ thống giao thông của tỉnh Trà Vinh Số lượng cầu bê tông cốt thép nhịp giản đơn ở trong tỉnh chiếm tỷ lệ lớn trên 75% so với các loại cầu còn lại Hiện nay số lượng cầu cũ BTCT nhịp giản đơn khá nhiều, có những cầu được xây dựng cách đây khá lâu, thời hạn khai thác cầu đã đến lúc phải duy tu bão dưỡng

Có nhiều phương pháp tăng cường cầu truyền thống nhưng hiện nay phương pháp dự ứng lực ngoài và dán tấm sợi cacbon để tăng cường cho kết cấu BTCT được

sử dụng phổ biến Trong chương tiếp theo sẽ tập trung tính toán, so sánh hai phương pháp dự ứng lực ngoài và dán tấm sợi cacbon tăng cường cho kết cấu nhịp cầu

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG DẦM GIẢN ĐƠN BÊ TÔNG

sẽ được kháng đỡ tốt, làm tăng khả năng chịu tải trong các trạng thái giới hạn của kết cấu

Đối với trạng thái giới hạn cường độ khi kiểm toán theo lực cắt Theo phương án

bố trí này, để đảm bảo khả năng thi công, để có thể bố trí được kích tại điểm neo, phần đầu dầm không được tăng khả năng chịu cắt lên nhiều nên trong quá trình tính toán chi tiết, nếu kiểm tra độ dư thừa về khả năng chịu cắt của kết cấu nhịp không đủ thì sẽ bổ sung thêm biện pháp tăng cường sức kháng cắt tại đầu dầm

Phương án này có đặc điểm là tạo hiệu quả tăng cường nâng cấp kết cấu nhịp rõ rệt, khả năng thi công phù hợp với các đơn vị thi công trong nước, đặc biệt là các đơn

vị thi công nhỏ do tính chất của công trình nhỏ vẫn có thể đáp ứng được các yêu cầu

về khả năng thi công và trình độ kỹ thuật Giá thành của phương án không quá cao cũng như vật liệu sử dụng cũng không khan hiếm ở thị trường trong nước

Bảng 2.1 Một số loại dây cáp dự ứng lực ngoài

Các tao cáp có nhiều loại, tao cáp có thể để trơn hoặc được chèn bởi keo epoxy, ống bên ngoài chứa cáp dùng loại HDPE, chèn lấp lồng ống cáp có thể dùng vữa, keo, hoặc được bôi trơn

Hình 2.2 Cấu tạo đầu neo cáp điển hình (QVM –ET2)

Các bộ phận chính của đầu neo: 1 Hộp bảo vệ, 2 Nêm neo, 3 Đầu neo, 4 Đế neo, 5 Thép xoắn, 6 Lớp lót, 7 Ống dẫn hướng, 8 Ống bịt cáp, 9 Cơ cấu bịt đầu cáp

Hình 2.3 Ống chuyển hướng cáp

Ống chuyển hướng cáp có hai tham số quan trọng là bán kính và số lượng tao cáp được lắp đặt

Bảng 2.2 Bán kính và số lượng tao cáp của ống dẫn hướng

2.1.2 Hệ thống cáp dự ứng lực ngoài của hãng OVM

Hình 2.4 Hệ thống cáp dự ứng lực ngoài của hãng OVM

2.1.2.1 Các bộ phận kết cấu chính của hệ thống:

+ External cables, ducts and grout materials/ Cáp ngoài, ống dẫn và vữa bơm chèn ống ghen

+ Anchorage system/ Hệ neo giữ cáp

+ Deviate device/ Thiết bị chuyển hướng

+ Anti-corosion system/ Hệ chống ăn mòn

+ Damping device/ Thiết bị giảm chấn

a Cáp ngoài, ống dẫn, vữa bơm chèn ống ghen

Bảng 2.3 Các thành phần cơ bản của cáp dự ứng lực ngoài

Loại OVM-S1 OVM-S2 OVM-S3 OVM-S4 OVM-S5 OVM-S6

Loại

tao cáp Tao trần Phủ

Epoxy

Không dính bám

Phủ tao Epoxy không dính bám

Bó không dính bám

Phủ epoxy bó không dính bám Đường

ống Bao vật liệu HDPE Bao vật liệu HDPE

Vật liệu HDPE đầy tiết diện Bơm

Tự bản thân mỗi loại tao cáp cũng đã được bảo vệ chống ăn mòn Vật liệu bao ngoài HDPE được bảo vệ cho bó cáp không dính bám vào kết cấu

Loại OVM-S3, OVM-S4 bao gồm nhiều tao không dính bám vào nhau và được bao bọc bên ngoài bởi vật liệu HDPE Riêng phần tao cáp chuyển hướng có thể được chấp nhận và thay thế như một tao cáp riêng biệt trong quá trình sử dụng

Loại OVM-S5, OVM-S6 bao gồm nhiều tao không dính bám và các tao được bao bọc trong ống HDPE Ống chuyển hướng (Bộ chuyển hướng ko thể thiếu) có thể được chấp thuận và bó cáp có thể được thay thế

b Đầu neo cáp dự ứng lực ngoài

Hình 2.5 Đầu neo điển hình OVM cáp dự ứng lực ngoài

Các bộ phận chính của đầu neo:

Bảng 2.4 Quy cách kỹ thuật đầu neo bó cáp

c Thiết bị chuyển hướng

Bó cáp gồm các tao 15mm, mỗi bó gồm 7, 12, 19, 27, 31 tao cáp

Hình 2.6 Thiết bị chuyển hướng cáp dự ứng lực ngoài

Bảng 2.5 Quy cách bộ phận chuyển hướng cho bó cáp

Quy cách bó cáp Đường kính

(mm)

Bán kính chuyển hướng (mm)

d Hệ thống chống ăn mòn cáp dự ứng lực ngoài

Hình 2.7 Sáu loại chống ăn mòn cáp dự ứng lực ngoài

e Thiết bị giảm chấn cho bó cáp

Hình 2.8 Thiết bị giảm chấn cho cáp dự ứng lực ngoài

Dưới tác động của tải trọng xe giao thông qua cầu, cáp dự ứng lực ngoài sẽ phát sinh dao động cùng với kết cấu dầm cầu Nếu tần số dao động riêng của cáp gần hoặc trùng với tần số dao động riêng của kết cấu, dao động cộng hưởng có thể xảy ra, điều này rất nguy hiểm cho kết cấu Trong trường hợp này, thiết bị giảm chấn cần được xem xét để tránh trường hợp cộng hưởng dao động xảy ra

2.1.3 Lý thuyết phân tích kiểm toán

2.1.3.1 Bản chất cơ học

Mục đích chính của công nghệ cáp dự ứng lực ngoài là làm giảm nội lực phát sinh trong kết cấu dầm, cụ thể là giảm mô men phát sinh trong phạm vi giữa nhịp dầm

Xác định nội lực lớn nhất của kết cấu dầm đơn giản, trong trường hợp này là

Mô men lớn nhất có hệ số ở trạng thái giới hạn cường độ Mu, tính toán sức kháng uốn hiện có (chưa tăng cường) của kết cấu hiện tại .Mn, hiệu số giữa Mu - .Mn = Mstrength

là giá trị nhỏ nhất cần tăng cường cho kết cấu nhịp dầm cầu

Sử dụng phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil để tính toán giá trị mô men cần tăng cường phát sinh trong kết cấu Giá trị tăng cường này có xét đến hệ số để đảm bảo kết cấu làm việc an toàn ở các trạng thái giới hạn sử dụng, cường độ

2.1.3.2 Quá trình phân tích

Tính toán, và lựa chọn số lượng tao cáp của bó cáp, lực căng kéo và điểm truyền lực vào dầm Cầu được phân tích tính toán theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, phần mềm Midas/Civil với những bước chính như sau:

+ Bước 1: Phân tích kết cấu cầu với tải trọng khai thác mới (HL93)

+ Bước 2: Nếu cầu không đảm bảo khai thác với tải trọng HL93, đề xuất chi tiết cho phương án gia cường cáp với những số liệu chính: Bao nhiêu cáp cho một dầm, lực căng cho một bó cáp, vị trí truyền lực

+ Bước 3: Xác định giá trị mô men cần giảm cho dầm Mstrength, tính toán cầu với sự tham gia làm việc của cáp dự ứng lực ngoài

+ Bước 4 Cầu thỏa mãn các yêu cầu kiểm tra theo tiêu chuẩn, tiến hành xác định khối lượng thi công

2.1.3.3 Kiểm tra cáp ở trạng thái giới hạn sử dụng, cường độ và mõi

Hệ số dùng cho kiểm toán cáp ở các trạng thái giới hạn theo chỉ dẫn thiết kế cáp dây văng của (PTI-2010) Post-Tensioning institue:

+ Trạng thái giới hạn cường độ: 0.65

+ Trạng thái giới hạn sử dụng: 0.45 (0.55 cho quá trình thi công)

+ Trạng thái giới hạn mõi: 1

Biên độ ứng suất cáp phải thỏa mãn điều kiện sau:

85,0

f f

w c p

ps p n

h a h b b f

a d f A

Trong đó:

As: diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm2)

fps: giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

dp: khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm)

f`c: cường độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)

b: bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)

bw: chiều dày của bản bản bụng (mm)

β1: hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong Điều 5.7.2.2

hf: chiều dày bản cánh chịu nén của cấu kiện (mm)

c: Độ cao của trục trung hòa (mm) -> c = AP.fPS/(0.85*f`c*β1*bw)

a: c.β1; Chiều dày của khối ứng suất tương đương (mm)

2.1.4 Ví dụ tính toán

Trong ví dụ này, giả thiết đã có được các số liệu về sức kháng của dầm, nội lực phát sinh lớn nhất ở yêu cầu chịu lực mới Tiến hành tính toán số lượng, tiêu chí kỹ thuật cho việc gia cường với hệ thống cáp dự ứng lực ngoài

Dầm được lựa chọn phân tích có tiến diện chữ T cao 635mm, chiều dài nhịp làm việc 8840mm Sức kháng uốn tính toán lúc chưa gia cường .Mn = 455 kNm, yêu cầu chịu tải trọng mới với momen Mu = 538 kNm, sử dụng hai bó cáp dự ứng lực ngoài để gia cường cho dầm cầu

Hình 2.10 Mặt cắt ngang dầm

Hình 2.11 Chiều dài nhịp tính toán

Yêu cầu tính toán được đặt ra với hiệu ứng do cáp dự ứng lực truyền vào dầm, hiệu ứng làm giảm mô men phát sinh ở giữa nhịp với giá trị phải lớn hơn giá trị:

Mstrength = 993 kNm

2.1.4.1 Phương án gia cường

Sử dụng đầu neo loại OVM.A 15-7 (7 tao 15mm) với kích thước được lựa chọn được nêu trong Bảng 2.6: