Nghiên cứu sử dụng công nghệ căng cáp dự ứng lực ngoài nâng cấp cầu Bắc Phèn Km12+550 ĐH16 Trà Vinh dựa vào kết quả thực nghiệm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGÔ THANH ĐIỀN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CĂNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI NÂNG CẤP CẦU BẮC PHÈN KM12+550 ĐH16 TRÀ VINH DỰA VÀO KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng Mã số: 8580205 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Cao Văn Lâm Phản biện 1: PGS TS Hoàng Phương Hoa Phản biện 2: TS Trần Đình Quảng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng họp trường Đại học Trà Vinh vào ngày 23 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 LỜI CẢM ƠN Với kính trọng lịng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Cao Văn Lâm hướng dẫn tận tình đồng thời tạo điều kiện tốt để nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Khoa xây dựng cầu đường trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng giúp đỡ cho ý kiến đóng góp q báu nhiệt tình giúp đỡ tơi trình thực luận văn Trong trình thực hiện, nhiều nguyên nhân khác nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót Tơi mong đóng góp ý kiến q Thầy Cơ để đề tài hồn thiện Cuối cùng, tơi xin kính chúc q Thầy Cơ ln mạnh khỏe LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi.Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Trà Vinh, ngày 05 tháng 12 năm 2019 Học viên thực Ngơ Thanh Điền NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ CĂNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI NÂNG CẤP CẦU BẮC PHÈN KM12+550 ĐH16 TRÀ VINH Học viên: Ngô Thanh Điền Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng Mã số: 8580205 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Hiện có nhiều biện pháp gia cường cầu như: gia cường thép, gia cường vật liệu composite, gia cường tăng cường tiết diện gia cường cáp DƯL ngồi Trong đó, phương pháp gia cường cáp DƯL ngồi có nhiều ưu điểm phù hợp với cầu dầm DƯL sức kháng uốn, kháng cắt tăng, dễ kiểm tra bảo dưỡng q trình thi cơng khơng ảnh hưởng đến khai thác bình thường cầu….Tuy nhiên, phương pháp số nhược điểm thi cơng ụ neo, ụ chuyển hướng khó khăn, cáp DƯL khơng có tính bền với mơi trường, tính thẩm mỹ khơng cao…Để khắc phục nhược điểm đó, tác giả sâu tìm hiểu, đánh giá hiệu phương pháp gia cường cáp DƯL cầu thực tế Trước tiên, cần kiểm định cầu cũ để xác định độ võng, đánh giá khả chịu tải thực tế tính tốn lực căng cịn lại dầm Sau đó, tính tốn lượng cáp DƯL cần gia cường để đạt tải trọng nâng cấp kiểm toán theo trạng thái giới hạn Cuối cùng, cung cấp yêu cầu vấn đề cần ý căng cáp DƯL Để tương lai cần gia cường kết cấu cầu phương pháp căng cáp DƯL ngồi có sở tính tốn để biện pháp gia cường đạt kết tối ưu Từ khóa - biện pháp gia cường; bê tơng cốt thép; dự ứng lực; kiểm định; cầu A RESEARCH ON USING EXTERNAL PRESTRESSED CABLE METHOD TO UPGRADE BAC PHEN KM12+550 ĐH16 BRIDGE IN TRA VINH PROVINCE Abstract - Currently, there are many bridge strengthening methods such as: strengthening with steel plate, composite materials, cross-section maximization and prestressed cable In particular, the external prestressed cable has many advantages which are suitable for prestressed bridge beams such as bending resistance, shear resistance increasing, the ease of maintenance and construction which does not affect the normal bridge operation However, this method still has some disadvantages For example, there are difficulties in constructing blister, deviator Besides, the prestressed cable is neither environmental resistance nor high sense To overcome those disadvantages, the author conduct a research in evaluating the effectiveness of the prestressed cable strengthening method on the real bridge Firstly, it is necessary to test the old bridge to determine deflection, assess the actual load capacity and calculate the remaining tension in the beam Secondly, there will have a calculation on the amount of prestressed cable that needing strengthened to reach either upgraded load or audit according to the limited states Finally, provide the requirements and issues in external prestressed cable in order to get the immediately calculation basis for the strengthening method to achieve the best results Keywords - strengthening method, reinforced concrete, prestressed, verify, bridge MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Giao thông yếu tố quan trọng, khơng góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo quốc phòng - an ninh, mà mở hội kết nối giao thương vùng miền, từ thúc đẩy nhanh q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa Vì việc nâng cao chất lượng sở hạ tầng vấn đề thiết yếu Tuy nhiên, số lượng cầu cũ nước ta lớn so với số vốn có nên việc lựa chọn biện pháp nâng cấp cơng trình cầu để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội cần thiết Hiện có nhiều biện pháp gia cường cầu như: gia cường thép, gia cường vật liệu composite, gia cường cáp DƯL gia cường tăng cường tiết diện Trong đó, phương pháp gia cường cáp DƯL phù hợp với cầu dầm DƯL do: - Sức kháng cắt sức kháng uốn tăng mà không làm tăng tĩnh tải kết cấu; - Kết cấu hở nên dể kiểm tra bảo dưỡng, làm tăng độ tin cậy; - Các tao cáp căng kéo hay thay đổi cần thiết; - Không ảnh hưởng lớn đến khai thác bình thường cầu Tuy nhiên phương pháp gia cường cáp DƯL ngồi cịn số khó khăn như: - Ứng dụng phương pháp phụ thuộc vào điều kiện hữu hiệu cơng trình Cần phải xác định cường độ bê tông để kéo cường độ cho phép - Việc thi công ụ neo ụ chuyển hướng khó khăn, ảnh hưởng đến cáp DƯL bên tiến hành khoan thi cơng ụ neo; - Cáp DƯL khơng có tính bền với môi trường Chịu va đập, chịu lửa kém; - Khó khăn việc xác định sức kháng cắt dầm; - Phạm vi thi công thường chật hẹp; - Tính thẩm mỹ cơng trình khơng cao; - Thi cơng địi hỏi phải có cẩn thận chi tiết, phụ thuộc nhiều vào lực đơn vị thi cơng Vì vậy, nhằm khắc phục lý nêu trên, tác giả tiến hành nghiên cứu công trình cụ thể định chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng công nghệ căng cáp dự ứng lực nâng cấp cầu Bắc Phèn Km12+550 ĐH16 Trà Vinh dựa vào kết thực nghiệm” Hình 0.1: Cầu Bắc Phèn Đối tƣợng nghiên cứu - Các phương pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật cơng trình cầu - Cơng nghệ căng cáp DUL ngồi Phạm vi nghiên cứu - Cầu Bắc Phèn KM12+550 ĐH16 Trà Vinh - Nghiên cứu biện pháp công nghệ căng cáp DƯL ngồi Mục tiêu nghiên cứu - Tính tốn dự đốn lực căng cịn lại dầm - Tính tốn lượng cáp dự ứng lực bổ sung - Tính tốn kiểm sốt ứng suất – chuyển vị q trình thi công Phƣơng pháp nghiên cứu - Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Dự kiến kết cấu luận văn Chƣơng 1: Nâng cấp dầm cầu cũ dự ứng lực phƣơng pháp dự ứng lực 1.1 Tổng quan cầu Bắc Phèn KM12+550 ĐH16 Trà Vinh 1.2 Tổng quan biện pháp nâng cấp cơng trình cầu 1.3 Tổng quan cơng tác gia cường cầu cũ sử dụng công nghệ căng cáp dự ứng lực ngồi 1.4 Những khó khăn q trình căng cáp dự ứng lực ngồi 1.5 Kết luận chương Chƣơng 2: Tính tốn thiết kế gia cƣờng cầu cáp dự ứng lực 2.1 Cơ sở dự đốn lực căng cịn lại cầu cũ 2.2 Tính tốn lượng cáp dự ứng lực cần bổ sung 2.3 Kiểm toán lại cầu với trạng thái giới hạn 2.4 Kết luận chương Chƣơng 3: Quy trình thi cơng kiểm sốt ứng suất – chuyển vị q trình thi cơng căng cáp dự ứng lực ngồi 3.1 Tổ chức xác định đo độ võng trường 3.2 Tính tốn lực căng cịn lại dầm 3.3 Kiểm toán dầm với tải trọng nâng cấp 3.4 Quy trình cơng nghệ thi cơng căng cáp dự ứng lức 3.5 Kết luận chương Kết luận kiến nghị Tài li u tham khảo Phụ lục CHƢƠNG 1: NÂNG CẤP DẦM CẦU CŨ DỰ ỨNG LỰC BẰNG PHƢƠNG PHÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI 1.1 T ng quan cầu Bắc Phèn KM12+550 ĐH16 Trà Vinh Cầu Bắc Phèn nằm Km12+550 đường huyện 16, huyện Châu Thành, tỉnh Trà Vinh Cầu có kết cấu nhịp 12,5+12,5+12,5m, nhịp gồm dầm BTCT DUL tiết diện chữ “T” Hiện cầu cắm biển tải trọng khai thác 3,5T Hình 1.5: Mặt cắt ngang cầu Cầu Bắc Phèn đuợc thiết kế năm 1985 với tải trọng thiết kế H10 X60 theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18-79 cáp DUL căng trước với nội dung sau: - Chiều dài toàn cầu Ltc=38,3 m (kể chiều dày tường đỉnh) - Tổng bề rộng cầu: B = B1 + 2B2 = 4,0 m + M t xe chạy: B1 = m + Lan can: B2 = 0,5 m - Tải trọng thiết kế: + Hoạt tải thiết kế H10 X60 + Đoàn nguời kN/m2 - Kết cấu nhịp: + Cầu gồm nhịp L=12,5 m, nhịp gồm dầm BTCT DUL tiết diện chữ “T”, chiều cao dầm Hmin=0,5m; Hmax=0,6m, khoảng cách tim dầm chủ 0,94m + Trên nhịp có dầm ngang vị trí đầu dầm 1.2 T ng quan bi n pháp nâng cấp cơng trình cầu hi n 1.2.1 Gia cường thép 1.2.1.1 Phạm vi áp dụng 1.2.1.2 Nguyên tắc cấu tạo 1.2.1.3 Ưu nhược điểm 1.2.1.4 Ứng dụng 1.2.2 Gia cường vật liệu Composite 1.2.2.1 Phạm vi áp dụng 1.2.2.2 Nguyên tắc cấu tạo 1.2.2.3 Ưu, nhược điểm 1.2.2.4 Ứng dụng 1.2.3 Gia cường tăng cường tiết diện 1.2.3.1 Phạm vi áp dụng 1.2.3.2 Nguyên tắc cấu tạo 1.2.3.3 Ưu, nhược điểm 1.2.3.4 Ứng dụng 1.3 T ng quan công tác gia cƣờng cầu cũ sử dụng công ngh căng cáp dự ứng lực ngồi 1.3.1 Sơ lược cơng nghệ dự ứng lực 1.3.2 Khái niệm dự ứng lực 1.5 Kết luận chƣơng Hiện tại, tải trọng cho phép cầu Bắc Phèn nhỏ tải trọng cho phép đường huyện 16, việc lựa chọn phương pháp gia cường để nâng cao sức chịu tải cầu cần thiết Tuy nhiên biện pháp có ưu nhược điểm khác nhau, với ưu điểm vượt trội phương pháp căng cáp dự ứng lực ngoài, tác giả lựa chọn phương pháp để gia cường cho cầu Bắc Phèn CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ GIA CƢỜNG CẦU BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGỒI 2.1 Cơ sở dự đốn lực căng lại cầu cũ Để xác định lực căng cịn lại dầm sở xác định sức chịu tải lại dầm dựa sở lực căng lại dầm (theo lý thuyết), độ võng tỉnh tải gây ra, độ võng hoạt tải gây 2.1.1 Xác định độ vồng cáp dự ứng lực dầm gây (Theo lý thuyết) δp  Pe es L2 8.E c Ic (2.1) 2.1.2 Xác định độ võng cầu tỉnh tải gây δt  5.q.L4 384.E c Ic (2.2) 2.1.3 Tính tốn lực kéo cịn lại thực tế cáp DƯL (Trường hợp khơng có hoạt tải) Pe  δs 8.E c Ic es L2 10-3 (2.3) 2.1.4 Xác định độ võng cầu có hoạt tải gây δh  P.b (3L2  4b2 ) 24.E c Ic (2.5) 2.1.5 Tính tốn lực kéo cịn lại thực tế cáp DƯL (Trường hợp có hoạt tải) Pe  δu 8.E c Ic es L2 10-3 (2.6) 2.2 Tính tốn lƣợng cáp dự ứng lực cần b sung 2.2.1 Xác định sức kháng uốn lại dầm  a hf  a  M n  Aps f ps  d p    0,85 f ' c(b  bw ) 1h    2 2   f  2.2.2 Kiểm toán giới hạn cốt thép 2.2.2.1 Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối đa c/de < 0,42 2.2.2.2 Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối thiểu ρmin > 0,03fc'/fy 2.2.3 Kiểm tốn sức kháng cắt cịn lại dầm Điều kiện kiểm toán: Vr = Vn > Vu 2.2.4 Kiểm toán ứng suất giai đoạn sử dụng Giới hạn ứng suất kéo bê tông: fk =0.5 fc' Giới hạn ứng suất nén bê tông: ftd  2.2.5 Xác định cáp DUL cần gia cường Điều kiện tính tốn: Mu