Nghiên cứu giải pháp gia cường cầu bến gành tỉnh khánh hòa bằng phương pháp dự ứng lực ngoài

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THIỆN THANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BẾN GÀNH - TỈNH KHÁNH HÒA BẰNG PHƯƠNG PHÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng Mã số : 8580205 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TOẢN Đà Nẵng, Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Thiện Thanh MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Bố cục đề tài .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CẦU THÉP 1.1 Tổng quan cầu thép giới Việt Nam 1.2 Các vấn đề chống rỉ khả ứng dụng cầu thép 12 1.3 Đặc điểm chung cầu thép, phân tích ưu nhược điểm phạm vi áp dụng 16 1.4 Khả ứng dụng cầu dầm thép 17 1.5 Thực trạng số cầu dầm thép khu vực Khánh Hòa 19 1.6 Đánh giá sơ cầu Bến Gành tỉnh Khánh Hòa 29 CHƯƠNG CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU DẦM THÉP 32 2.1 Công tác điều tra đánh giá trạng .32 2.1.1 Công tác thu thập tài liệu 32 2.1.2 Điều tra đánh giá trạng xác định hư hỏng cầu 32 2.1.3 Kiểm toán cầu 33 2.1.4 Xác định phận cần gia cường chọn giải pháp gia cường 33 2.2 Các giải pháp gia cường 33 2.2.1 Gia cường kết cấu cách táp thêm tiết diện 33 2.2.2 Gia cường trụ tạm 35 2.2.3 Giải pháp làm giảm tỉnh tải 36 2.2.4 Gia cường căng tăng 37 2.2.5 Gia cường kết cấu cầu dầm cáp dự ứng lực căng 39 2.3 Phân tích trạng lựa chọn giải pháp gia cường cầu Bến Gành 46 2.3.1 Hiện trạng cầu Bến Gành 46 2.3.2 Phân tích lựa chọn giải pháp gia cường 47 CHƯƠNG TÍNH TỐN GIA CƯỜNG CẦU BẾN GÀNH BẰNG HỆ CÁP DỰ ỨNG LỰC CĂNG NGOÀI 49 3.1 Các số liệu cầu Bến Gành 49 3.2 Các tiêu kỹ thuật 50 3.3 Tính tốn nội lực cầu tác dụng HL93 .51 3.3.1 Các tải trọng tác dụng lên dầm cầu 51 3.3.2 Tính hệ số phân bố tải trọng 52 3.3.3 Các hệ số tải trọng 54 3.3.4 Tính tốn nội lực tiết diện dầm 54 3.3.5 Tổ hợp nội lực 60 3.3.6 Kiểm tra khả chịu uốn dầm theo THGH cường độ 62 3.3.7 Kiểm tra khả chịu cắt dầm theo THGH cường độ 64 3.4 Tính tốn gia cường dầm phương pháp căng cáp DƯL 64 3.4.1 Chọn sơ đồ thông số vật liệu 64 3.4.2 Tính tốn bố trí cáp kiểm toán dầm theo THGH cường độ: 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU GIA CƯỜNG CẦU BẾN GÀNH - TỈNH KHÁNH HÒA BẰNG HỆ CÁP DỰ ỨNG LỰC CĂNG NGOÀI Học viên: Trần Thiện Thanh Chun nghành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Khóa: K33 - Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Ở nước ta số lượng cầu thép cũ nhiều, chúng đem lại giá trị to lớn kinh tế giao thông vận tải Tuy nhiên, nhiều nguyên nhân khác nhau, nhiều cầu có dấu hiệu suy giảm lực chịu tải không đáp ứng nhu cầu giao thông với tải trọng yêu cầu cao Do đó, cần phải có biện pháp gia cường để nâng cao lực chịu tải nhằm trì khả phục vụ chúng Trong có cầu Bến Gành tỉnh Khánh Hịa xuống cấp không đáp ứng yêu cầu khai thác Dựa số liệu khảo nghiệm số liệu thu thập từ hồ sơ thực tế, tác giả đề xuất chọn biện pháp gia cường hệ cáp dự ứng lực căng để gia cường kết cấu nhịp cầu Bến Gành Theo kết tính tốn ban đầu, khả chịu uốn dầm không đảm bảo Sau gia cường thêm hai tao cáp sợi d=15,2mm, kết cấu đảm bảo khả chịu lực theo trạng thái giới hạn cường độ Từ khóa : Gia cường cầu; cáp dự ứng lực ngoài; sửa chữa cầu; cầu Bến Gành In brief: In our country, the number of old steel bridges is huge and they will bring great economic and transportation value However, due to various reasons, many bridges have shown signs of capacity decline and can not meet the traffic demand with higher load requirements Therefore, reinforcement measures need to be taken to improve the load capacity to maintain their service capability Among them, Ben Ganh Bridge in Khanh Hoa province has been degraded and can not meet the current demand Based on the trial data and data collected from the actual records, the author proposed and selected reinforcement measures by external tensioning cable to reinforce the structure of the bridge Ganh According to the initial calculation results, the bending resistance of the beam is not guaranteed After reinforcing two sevenstranded d = 15.2mm strands, the structure ensures the strength under the intensity limit Key words: reinforcement; external post-tensioning cable; bridge repair; Ben Ganh Bridge DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT BTCT : Bê tông cốt thép ĐBVN : Đường Việt Nam BT : Bê tông TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCN : Tiêu chuẩn ngành DUL : Dự ứng lực CĐC : Cường độ cao TTGH CĐ : Trạng thái giới hạn cường độ DC : Tĩnh tải giai đoạn DW : Tĩnh tải giai đoạn LL : Hoạt tải xe HL93 PL : Hoạt tải người BOT : Build-Operate-Transfer, Xây dựng-Vận hành-Chuyển giao DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 3.1 Bảng tổng hợp tĩnh tải dầm 51 3.2 Bảng hệ số phân bố hoạt tải người 54 3.3 Bảng hệ số tải trọng 54 3.4 Bảng tổng hợp giá trị nội lực mômen mặt cắt 56 3.5 Bảng tổng hợp giá trị nội lực lực cắt mặt cắt 59 3.6 Bảng tổng hợp nội lực dầm chủ 61 3.7 Bảng kiểm tra sức kháng uốn dầm 63 3.8 Bảng kiểm tra sức kháng cắt dầm 64 3.9 Bảng kết mô men căng cáp 65 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 1.1 Cầu sắt Coalbrookdale Shropshire, Anh (1777-1779) 1.2 Cầu dầm thép liên tục 1.3 Cầu Garabit Viaduct, Pháp-1884 1.4 Cầu Sydney Harbour, Áo-1932 1.5 Cầu Long Biên-1902 1.6 Cầu Hàm Rồng bị phá hủy-1972 1.7 Cầu Hàm Rồng mới-1973 1.8a Cầu Tràng Tiền-1954 1.8b Cầu Tràng Tiền-1954 10 1.9a Cầu Thăng Long-1985 11 1.9b Cầu Thăng Long-1985 11 1.10 Sắt thép bị rỉ sét 12 1.11 Cầu giàn thép 15 1.12 Cầu vượt thép nút giao Ơ Đơng Mác-2016 15 1.13 Cầu Hội Phú - xã Ninh Phú, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2001 20 1.14 Cầu Tiên Du - xã Ninh Phú, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2003 20 1.15 Cầu Bầu Lá, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 21 1.16 Cầu Cháy, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 21 1.17 Cầu Dục Mỹ, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 22 1.18 Cầu Khẩu, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 22 1.19 Cầu Lắm, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 23 1.20 Cầu Mới, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 23 1.21 Cầu Ninh Đa, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 24 1.22 Cầu Núi Đất, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 24 1.23 Cầu Núi Sầm, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa,2005 25 1.24 Cầu Bến gành, thị xã Ninh Hịa, tỉnh Khánh Hịa,2005 25 1.25 Bề ngồi cầu dầm thép chịu thời tiết tỉnh Khánh Hòa2003 27 1.26 Cầu Bến Gành, km3+688,25 Quốc lộ 26, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa 30 Số hiệu 1.27 Tên hình Dầm cầu Bến Gành, km3+688,25 Quốc lộ 26, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa Trang 30 2.1 Táp thêm tiết diện dầm thép 34 2.2 Gia cường trụ tạm cầu dầm đơn giản 35 2.3 Biểu đồ Momen dầm trước thêm trụ tạm 36 2.4 Biểu đồ Momen dầm trước sau thêm trụ tạm 36 2.5 Phạm vi mặt cầu giảm 37 2.6 Gia cường cầu dầm thép tăng 37 2.7 Gia cường cầu dầm thép căng 38 2.8 Gia cường dầm thép cáp DƯL căng theo sơ đồ (a) 39 2.9 Gia cường dầm thép cáp DƯL căng theo sơ đồ (b) 40 2.10 Gia cường dầm thép cáp DƯL căng ngồi theo sơ đồ (c) 40 2.11 Tính lực căng theo sơ đồ gãy khúc 42 2.12 Gia cường dầm thép cáp DƯL căng 48 3.1 Mặt cắt dọc cầu Bến Gành 49 3.2 Dầm cầu Bến Gành, Quốc lộ 26, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa 49 3.3 Cắt ngang cầu 50 3.4 Cắt ngang dầm chủ 50 3.5 Đặc trưng xe tải thiết kế 52 3.6 Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt nhịp 55 3.7 Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt 3L/8 55 3.8 Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt L/4 55 3.9 Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt L/8 56 3.10 Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt cách gối 0,8m 56 3.11 Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt nhịp 57 3.12 Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt 3L/8 58 3.13 Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt L/4 58 3.14 Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt L/8 58 3.15 Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt cách gối 0,8m 59 3.16 Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt gối 59 3.17 Biểu đồ bao mômen tổ hợp nội lực cường độ 61 3.18 Biểu đồ bao lực cắt tổ hợp nội lực cường độ 62 Số hiệu Tên hình Trang 3.19 Sơ đồ tính sức kháng uốn dầm 62 3.20 Sơ đồ căng cáp DUL ngồi 64 3.21 Biểu đồ mơ men căng cáp 66 3.22 Biểu đồ mô men tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp 66 64 3.3.7 Kiểm tra khả chịu cắt dầm theo THGH cường độ Tiêu chuẩn sức kháng cắt tổ hợp Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD 2005, công thức (5.144) viết: [ ] (5.144) √ (3.25) Trong đó: (3.26) (3.27) Vp= 0,58FywDtw (3.28) Tiết diện không ổn định Vì kết cấu dầm liên hợp có trục trung hịa dẻo nằm bê tơng Tra bảng ta có C=1 Thay vào cơng trình trên: Vn=Vp=0,58FywDtw =0,58x345x564x14=1580 (kN) Bảng 3.8 Bảng kiểm tra sức kháng cắt dầm Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 Cách gối 0,8m Vp (KN) 1579,98 0,90 1421,98 338,67 Đạt 1579,98 0,90 1421,98 469,18 Đạt 1579,98 0,90 1421,98 617,55 Đạt 1579,98 0,90 1421,98 797,63 Đạt 1579,98 0,90 1421,98 912,79 Đạt Vr (KN) Vu (KN) Kết luận Nhận xét: Qua bảng kết kiểm toán ta thấy sức kháng cắt dầm đạt yêu cầu, không cần gia cường kết cấu dầm để đảm bảo khả chịu cắt 3.4 Tính tốn gia cường dầm phương pháp căng cáp DƯL 3.4.1 Chọn sơ đồ thông số vật liệu Ta chọn sơ đồ căng cáp sau: L/2 L/2 Ps Ps S e Pv Hình 3.20: Sơ đồ căng cáp DUL S 65 Cáp DUL căng dầm bó đối xứng qua tim dầm Mỗi bó cáp gồm 01 tao 15,2 mm theo tiêu chuẩn ASTM A416-85 Cấp 270 Diện tích tao cáp: 182 mm2 Diện tích hai bó cáp đối xứng: 364 mm2 Cường độ chịu kéo cáp: fpu = 1860 MPa fpy = fps = 0,85fpu = 1581 MPa Mô đun đàn hồi cáp: Eys = 197000 Mpa L=10,65m; e = 1,6m; cosα = 0,288 3.4.2 Tính tốn bố trí cáp kiểm tốn dầm theo THGH cường độ: Mơ men uốn nhịp toàn tĩnh tải hoạt tải xác định theo công thức (3.9): Mu = 2258,46 kN.m Mô men kháng uốn nhịp toàn tĩnh tải hoạt tải xác định theo công thức (3.23): Mr = 1638,82 kN.m Mơ men kháng uốn cịn thiếu nhịp: M = Mu – Mr = 2258,46-1638,82 = 619,64 kN.m (3.29) Pv =2.S.cos Mv= (3.30) Lực căng cáp : S =2x619,64/(10,65x0,288)=404,04 (kN) Chọn 02 bó cáp 07 sợi có: Fp = 2x182 = 364 mm2 S = 364x1581 = 575,484.103 N = 575,5 KN Mô men dầm vị trí L/2 lực căng cáp sau: 882,9 (kN.m) Kết phân tích kiểm tra tiết diện sau gia cường Bảng 3.9: Bảng 3.9 Bảng kết mơ men căng cáp Vị trí Mu (KN.m) MPS (kN.m) L/2 3L/8 L/4 L/8 2258,46 2104,46 1642,48 872,50 -882,90 -662,20 -441,50 -220,70 66 MTC=Mu+MPS (kN.m) Mr (KN.m) Kết luận 1375,60 1442,30 1200,90 651,80 1638,80 1638,80 1638,80 1638,80 Đạt Đạt Đạt Đạt Mps(kN.m) -125,00 -220,70 -441,50 -662,20 -882,90 -662,20 -441,50 -220,70 -125,00 Biểu đồ mô men lực căng cáp: Hình 3.21: Biểu đồ mơ men căng cáp 651,80 1200,90 1442,30 1375,60 1442,30 1200,90 651,80 Biểu đồ mô men tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp: MTC(kN.m) Hình 3.22 Biểu đồ mơ men tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp Nhận xét: Qua bảng kết kiểm toán ta thấy sau gia cường tao cáp d=15,2mm kết cấu nhịp đảm bảo khả chịu uốn Kết luận: Chương 3, học viên phân tích xác định nội lực tĩnh tải hoạt tải khai thác, xác định sức kháng dầm kiểm toán kết cấu dầm trước gia cường Kết cho thấy kết cấu nhịp không đảm bảo khả chịu uốn, vị trí L/2 thiếu 37%, vị trí 3L/8 thiếu 28% Sau gia cường tao cáp dự ứng lực căng ngoài, kết cấu nhịp đảm bảo khả chịu uốn 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn tiến hành nghiên cứu gia cường cầu dầm thép Bến Gành phương pháp căng cáp dự ứng lực để đảm bảo khả chịu tải cầu thực tế khai thác Khánh Hịa Các kết đạt luận văn bao gồm: Tổng quan tình tình phát triển cầu thép khả ứng dụng Thế giới Việt Nam Nghiên cứu biện pháp gia cường cho cầu cũ ứng dụng gia cường cho cầu Bến Gành tỉnh Khánh Hồ Phân tích kiểm tốn kết cấu dầm cầu Bến Gành tỉnh Khánh Hoà trước gia cường, kết cho thấy kết cấu nhịp khơng đảm bảo khả chịu uốn, vị trí L/2 thiếu 37%, vị trí 3L/8 thiếu 28% Sau gia cường tao cáp dự ứng lực căng loại sợi d=15,2mm, kết cấu nhịp đảm bảo khả chịu uốn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [2] Nguyễn Minh Hùng, Nguyễn Bình Hà (2004), Cơ sở thiết kế ví dụ tính toán cầu dầm cầu dàn thép, NXB Xây dựng, Hà Nội [3] Hoàng Phương Hoa (2012), Khai thác sửa chữa - gia cố cơng trình cầu, NXB Xây dựng Hà Nội [4] Lê Đình Tâm (2009), Cầu thép, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [5] Nguyễn Xuân Toản (2010), Thiết kế cầu thép, NXB Xây dựng, Hà Nội [6] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Lê Quang Hạnh (2009), Cầu thép, NXB Xây dựng, Hà Nội [7] TS Phạm Văn Thoan, Quản lý – Kiểm định sửa chữa tăng cường cầu, NXB Xây dựng, Hà Nội - 2013 [8] Chu Viết Bình – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Nguyễn Văn Nhậm, Kiểm định cầu, NXB Xây Dựng, Hà Nội - 2013 [9] GS.TS Nguyễn Viết Trung, Giáo trình khai thác, kiểm định, sửa chữa, tăng cường cầu [10] Đặng Đình Minh, Thi cơng cốt thép dự ứng lực (Gia công lắp đặt cốt thép dự ứng lực), NXB Xây Dựng, Hà Nội – 2010 [11] Nguyễn Văn Mỹ, Giáo trình Thiết kế cầu thép [12] Lê Thị Bích Thủy Trần Nhật Lâm, Ứng dụng phương pháp căng sau cáp cường độ cao để tăng cường kết cấu nhịp cầu dầm thép đường ô tô Bài báo khoa học ... đáp ứng yêu cầu khai thác sử dụng Việc nghiên cứu xác định giải pháp gia cường kết cấu cầu cần thiết Đề tài nghiên cứu giải pháp gia cường cầu Bến Gành tỉnh Khánh Hòa phương pháp dự ứng lực ngồi... ứng yêu cầu khai thác sử dụng Vì việc nghiên cứu xác định giải pháp gia cường kết cấu cầu cần thiết Đề tài nghiên cứu giải pháp gia cường cầu Bến Gành tỉnh Khánh Hịa phương pháp dự ứng lực ngồi... giải pháp gia cường cầu Bến Gành 46 2.3.1 Hiện trạng cầu Bến Gành 46 2.3.2 Phân tích lựa chọn giải pháp gia cường 47 CHƯƠNG TÍNH TỐN GIA CƯỜNG CẦU BẾN GÀNH BẰNG HỆ CÁP DỰ ỨNG