Đánh giá năng lực chịu tải và đề xuất giải pháp cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường Huyện 26, tỉnh Trà Vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRANG HOÀNG THUẤN ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO, SỬA CHỮA CẦU NHƠN HÒA, ĐƯỜNG HUYỆN 26, TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình Giao thơng Mã số: 85.80.205 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Phương Hoa Phản biện 1:GVC TS Nguyễn Lan Phản biện 2: TS Đặng Việt Dũng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 24 tháng 11 năm 2019 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 - ĐHĐN PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, Huyện Tiểu Cần kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp nên đời sống nhân dân cịn gặp nhiều khó khăn Chất lượng hệ thống giao thông đường xã hạn chế Cầu Nhơn Hòa đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh đóng vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế – xã Chính thế, người viết cho việc tiến hành nghiên cứu có hệ thống nhu cầu cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh phù hợp với chương trình đào tạo thực tiễn Với thực tiễn trên, người viết lựa chọn đề tài “Đánh giá lực chịu tải đề xuất giải pháp cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh” làm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Đối tượng nghiên cứu Đề tài tiến hành nghiên cứu đánh giá lực chịu tải đề xuất giải pháp cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh Phạm vi nghiên cứu Đánh giá lực chịu tải đề xuất giải pháp cải tạo, sửa chữa cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh Đề xuất giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa cho cầu Mục tiêu nghiên cứu 4.1 Mục tiêu tổng quát Đánh giá lực chịu tải đưa phương án nâng cấp sửa chữa số cầu địa bàn huyện 4.2 Mục tiêu cụ thể Đánh giá phân loại dạng hư hỏng cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh Đánh giá lực chịu tải Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh Đề xuất phương án thiết kế sửa chữa nâng cấp lực chịu tải cầu nói Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thực nghiệm: áp dụng để thực phép đo phục vụ xác định lực chịu tải thực tế cầu chọn làm đối tượng nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: xây dựng mơ hình tính tốn lý thuyết nhằm đánh giá lực kết cấu cầu lựa chọn giải pháp thiết kế đáp ứng nhu cầu kinh tế - kỹ thuật Cấu trúc luận văn Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan hệ thống cầu địa bàn huyện Tiểu Cần Chương 2: Cơ sở đánh giá lực chịu tải giải pháp nâng cao lực chịu tải cầu Chương 3: Đề xuất giải pháp nâng cấp tải trọng cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh Kết luận kiến nghị Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN TIỂU CẦN 1.1 Sơ lược đặc điểm tình hình kinh tế- xã hội huyện Tiểu Cần Hình 1.1 Sơ đồ đơn vị hành huyện Tiểu Cần 1.2 Hiện trạng mạng lưới giao thông địa bàn huyện Tiều Cần - Giao thông đô thị - Giao thông liên ấp, liên xã 1.3 Hệ thống cầu đường - Cầu bê tông cốt thép - Cầu thép 1.3 Hiện trạng hư hỏng chủ yếu cầu địa bàn huyện Tıểu Cần - Cầu Quốc lộ - Cầu Đường tỉnh - Cầu Đường huyện 1.4 Một số hư hỏng đặc trưng cầu địa bàn huyện Tiểu Cần - Các hư hỏng đặc trưng kết cấu cầu thép - Các hư hỏng đặc trưng kết cấu cầu bê tông cốt thép Kết luận chương Qua kết kiểm tra khảo sát có hư hỏng phổ biến là: + Đối với cầu BTCT: lớp bê tông bảo vệ bị bong tróc, khe co giãn bị hư hỏng, bê tơng cọc bị nứt vỡ lộ cốt thép + Đối với cầu thép: hư hỏng chủ yếu thép bị rỉ, dầm dọc dầm ngang bị rỉ nặng gây giảm yếu tiết diện Trên sở đề xuất chọn 01 cầu BTCT: Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh để tiến hành thực nghiệm đánh giá lực chịu tải thực tế cầu Từ đó, đề xuất giải pháp nâng cấp sửa chữa Chương 2: CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU 2.1 Cơ sở pháp lý đánh giá lực chịu tải cầu 2.1.1 Cơ sở pháp lý 2.1.2 Các phương pháp thử tải cầu - Phương pháp thử tải với tải trọng tĩnh - Phương pháp thử tải với tải trọng động - Tải trọng thử sơ đồ tải trọng 2.1.3 Các phương pháp đánh giá cầu Theo tiêu chuẩn AASHTO, cơng trình cầu đường có phương pháp dùng để đánh giá tải trọng: - Đánh giá theo hệ số tải trọng hệ số sức kháng (LRFR) - Đánh giá theo ứng suất cho phép (ASR) - Đánh giá theo hệ số tải trọng (LFR) 2.1.4 Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng bao gồm ba nội dung: - Đánh giá tải trọng thiết kế Hệ số RF xác định sau: RF = C −  DC DC −  DW DW   P P  LL (1 + IM ) LL Trong đó:  DC : hệ số tải trọng trọng lượng thân kết cấu;  DW : hệ số tải trọng trọng lượng lớp phủ mặt cầu; P : hệ số tải trọng tải trọng thường xuyên;  LL : hệ số tải trọng hoạt tải; DC : hiệu ứng tải trọng thân kết cấu gây ra; DW : hiệu ứng tải trọng lớp phủ mặt cầu gây ra; P : hiệu ứng tải trọng thường xuyên; LL : hiệu ứng hoạt tải gây ra; IM : tải trọng xung kích - Đánh giá tải trọng hợp pháp + Xe có ba trục, chiều dài sở 5,7m, tải trọng 223kN; + Xe 3-S2 có trục, chiều dài sở 12,5m, tải trọng 321kN; + Xe 3-3 có trục, chiều dài sở 16,5m, tải trọng 356kN - Đánh giá tải trọng cấp phép 2.1.5 Quy trình đánh giá tải trọng theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng hệ số sức kháng - Trình tự đánh giá Hình 2.1 Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp - Công thức đánh giá tải trọng Công thức hệ số RF xác định sau: RF = C − DL HL = LL LL Trong đó: RF : hệ số đánh giá; C : khả chịu tải phận đánh giá; DL : hiệu ứng tải trọng thường xuyên; LL : hiệu ứng hoạt tải đánh giá; HL = C – DL: khả chịu hoạt tải; 2.1.6 Tính tốn khả chịu tải C Đối với trạng thái giới hạn cường độ, C xác định bởi: C =  c  s  Rn Đối với trạng thái giới hạn sử dụng: C = fr 2.1.7 Hiệu ứng tải trọng - Hiệu ứng tĩnh tải DL =  DC DC −  DW DW   P P Bảng 2.1 Hệ số tải trọng hoạt tải theo TTGH Loại cầu Thép BTCT BTCT DUL TTGH Cường độ I Cường độ II Sử dụng II Mỏi Cường độ I Cường độ II Sử dụng I Cường độ I Cường độ II Sử dụng III Sử dụng I Tĩnh tải Tĩnh tải  DC  DW 1,25 1,25 1,00 0,00 1,25 1,25 1,00 1,25 1,25 1,00 1,00 1,50 1,50 1,00 0,00 1,50 1,50 1,00 1,50 1,50 1,00 1,00 Tải trọng thiết kế IR OR  LL 1,75 1,30 0,75 1,75 1,75 0,80 - Tải trọng hợp pháp  LL 1,35 1,00 1,35 1,35 -  LL Bảng 2.2 1,30 Bảng 2.2 Bảng 2.2 1,00 - Bảng 2.2 Hệ số tải trọng tải trọng hợp pháp Lưu lượng xe tải theo chiều (ADTT) Hệ số γLLcho xe 3, 3-S3, 3-3 tải trọng Không có số liệu 1,80 ADTT > 5000 1,80 ADTT = 1000 1,65 ADTT < 100 1,4 2.2 Đánh giá lực chịu tải số cầu địa bàn huyện Tiểu Cần - Cơ sở lựa chọn số cầu để đánh giá nâng cấp tải trọng - Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Nhơn Hịa Hình 2.2 Cầu Nhơn Hòa - Giới thiệu chung: Cầu Nhơn Hịa (Hình 2.2) nằm Đường huyện 26, Km6+200 thuộc xã Tân Hòa, huyện Tiểu Cần, tỉnh Trà vinh Cầu gồm nhịp 16,5 m Mặt cắt ngang gồm dầm chữ T BTCT DƯL Bề rộng mặt cầu 4,0m phần xe chạy 3,5m - Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Nhơn Hịa Hình 2.3 Xếp tải tĩnh thiết bị đo nhịp theo phương dọc cầu 10 - Kiểm toán đánh giá cầu: + Tĩnh tải DC: trọng lượng thân dầm dọc, dầm ngang, lề người bộ, lan can; + Tĩnh tải DW: trọng lượng thân lớp phủ mặt cầu; + Hoạt tải thiết kế: HL93, người 3kN/m2; + Xe hợp pháp: xe [3], [3-S2], [3-3] (mục 6.2 2873/TCĐBVN-KHCN, MT&HTQT); - Sức kháng danh định Bảng 2.3 Xác định sức kháng uốn tiết diện dầm chủ nhịp Các thông số Stt Đơn vị Hệ số sức kháng uốn Chiều cao làm việc tiết diện Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất Chiều dày khối ứng suất tương đương Khoảng cách từ trục TH đến mặt chịu nén mm Sức kháng uốn danh định Sức kháng uốn tính tốn mm f Tại ½ nhịp 1.0 de 932.05 1 0.85 Ký hiệu mm a = c.1 53.72 c 63.2 kNm Mn 2804.12 kNm Mr 2804.12 Khi đó, khả chịu uốn kết cấu nhịp xác định bởi: C M = c  s M r Trong đó:  c : hệ số điều kiện làm việc lấy 0.95 kết cấu làm việc trạng thái khá;  s : hệ số hệ thống, lấy 0.85 kết cấu có dầm chủ khoảng cách dầm nhỏ 1.83m 11 Đại lượng c s không nhỏ 0.85.Từ đó, ta được: CM = 0.85  M r = 2383.50 (kNm) Bảng 2.4 Xác định sức kháng cắt tiết diện dầm chủ gối Stt Các thông số Hệ số sức kháng cắt Chiều cao chịu cắt có hiệu Bề rộng bụng hữu hiệu chiều cao chịu cắt Hệ số khả bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo Đơn vị Ký hiệu Tại gối v 1.0 mm dv 523 mm b 148 -  4.52 Sức kháng cắt danh định kN Vn 1869.52 Sức kháng cắt tính tốn kN Vr 1869.52 Khi đó, khả chịu cắt tiết diện xác định bởi: CV = c sVr Tương tự trên, ta được: CV = 0.85  Vr = 1589.09 (kN) d Hệ số tính tốn khả chịu tải ΦC: hệ số tình trạng kết cấu; Bảng 2.5 Hệ số tình trạng kết cấu Tình trạng kết cấu theo kết khảo sát ΦC Tốt 1.0 Khá tốt 0.95 Kém 0.85 12 - Hệ số đánh giá mô men (RF): + HL93 cấp độ thiết kế (IR): 0.50