Đánh giá khả năng chịu lực và đề xuất phương án cải tạo cầu Hội Yên thành phố Đà Nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ` TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGÔ NHẬT ANH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO CẦU HỘI YÊN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 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 CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐHĐN Người hướng dẫn khoa học:PGS.TS HOÀNG PHƯƠNG HOA Phản biện 1: 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 thơng, họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 12 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 Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện công trình xây dựng phục vụ dân sinh sau thời gian đưa vào sử dụng, số cơng trình xuống cấp cần có biện pháp sửa chữa, cải tạo nâng cấp Nguyên nhân dẫn đến hỏng hóc cơng trình xuống cấp ngun nhân chủ quan nguyên nhân khác quan sau: - Nguyên nhân chủ quan: + Trong trình thiết kế chưa đồng quy chuẩn, tiêu chuẩn; áp dụng quy chuẩn tải trọng dự báo tải trọng chưa hợp lý + Trong q trình thi cơng hạng mục thi công chưa với hồ sơ thiết kế, quy trình, quy phạm Cơng tác giám sát q trình thi cơng chưa quan tâm mức + Cơng tác tu, bảo dưỡng cơng trình cầu theo định kỳ chưa có - Nguyên nhân khách quan: + Những yếu tố ảnh hưởng môi trường làm việc cơng trình dẫn đến tượng cơng trình bị ăn mịn gây hư hỏng trước thời hạn thiết kế ban đầu + Do nhu cầu vận tải trọng tải phương tiện giao thơng tăng cao, dẫn đến tình trạng cầu thường xuyên làm việc tải Điều dẫn đến xuống cấp, hư hỏng cầu, cầu không đủ khả nẵng đảm bảo nhu cầu cấp thiết vận chuyển hàng hóa tồn nguy tiềm ẩn gây an tồn giao thơng Trên sở đó, việc đánh giá trạng đề xuất giải pháp thiết kế nâng cao lực chịu tải cầu Hội Yên, thuộc huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng cần thiết cấp bách Đối tượng nghiên cứu Các sở lý thuyết, mơ hình tính tốn lý thuyết tăng cường cho dầm BTCT công nghệ dán dẻo sợi carbon Nghiên cứu sử dụng công nghệ dán dẻo sợi carbon để tăng cường khả chịu lực cho kết cấu dầm BTCT Phạm vi nghiên cứu Đánh giá lực chịu tải nâng cao khả chịu lực cầu biện pháp gia cường dán sợi FRP cho cầu Hội Yên, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng Đề xuất giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa cho cầu nói Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu trình xuống cấp, hư hỏng kết cấu BTCT phương pháp đánh giá mức độ hư hỏng kết cấu BTCT Nghiên cứu đặc trưng học vật liệu FRP đánh giá ưu điểm vật liệu FRP so với vật liệu truyền thống Đánh giá lực chịu tải cầu Tính tốn hiệu dầm BTCT tăng cường sợi FRP Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết Trong đó: - Phương pháp thực nghiệm: áp dụng để thực phép đo phục vụ xác định lực chịu tải thực tế cầu - 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 Để đạt mục tiêu nêu trên, luận văn trình bày 03 chương Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan cơng trình cầu Hội n vật liệu sợi FPR Chương 2: Đánh gía lực chịu tải cầu Hội Yên sở lý thuyết tính toán gia cường cầu vật liệu FRP Chương 3: Tính tốn tăng cường sức kháng uốn, sức kháng cắt dầm cầu Hội Yên sợi FRP so sánh đánh giá với số liệu ban đầu Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU HỘI YÊN VÀ VẬT LIỆU SỢI FPR 1.1.GIỚI THIỆU VỀ CẦU HỘI YÊN 1.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế ban đầu Cầu Hội Yên thuộc huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng với quy mô tiêu chuẩn kỹ thuật sau đây: - Quy mô : Vĩnh cửu BTCT - Tải trọng thiết kế : 0,5HL93 - Cấp động đất : Động đất cấp (A = 0,1) - Bề rộng cầu : B = 0,5 + 3,0 + 0,5 = 4,0m - Tần suất thiết kế : P = 15% 1.1.2 Giải pháp kết cấu cầu: 1.1.2.1 Kết cấu thượng bộ: - Kết cấu nhịp dầm giản đơn BTCT thường 40MPa dạng chữ T, chiều dài dầm L=18m; cắt ngang nhịp bố trí dầm, chiều cao dầm h = 1,28m - Các dầm liên kết với thông qua mối nối dầm ngang - Lớp phủ mặt cầu BTN hạt trung dày 7cm, lớp phòng nước dạng màng phun - Gối cầu thép - Ống thoát nước thép mạ kẽm 100 - Lan can, tay vịn BTCT 1.1.2.2 Kết cấu hạ bộ: - Tồn cầu có mố trụ - Mố cầu dạng mố tường chữ U BTCT 20Mpa, - Bản dẫn BTCT 20MPa đổ chỗ KT(3x3x0,2)m - Trụ dạng trụ đặc thân hẹp chữ T BTCT - Gia cố tứ nón đá hộc xây vữa M100 lớp dăm sạn đệm dày 10cm 1.2 TÌNH TRẠNG, CHẤT LƯỢNG CẦU 1.2.1 Các hư hỏng cố cầu Hội Yên 1.2.1.1 Kết cấu nhịp: - Các kích thước hình học chiều cao, chiều rộng, chiều dài, khoảng cách kết cấu dầm chủ đảm bảo theo đồ án thiết kế Bề rộng phần đường xe chạy có sai khác 5cm - Dầm BTCT bị sứt mẻ cục bộ, bề mặt không phẳng, không nhẵn - Khe biến dạng bị hư hỏng nặng, gây nguy hiểm cho phương tiện lưu thơng cầu Hình 1.4 Bê tông dầm chủ bị sứt mẻ cục bộ, khơng phẳng Hình 1.5 Khe co giãn bị hư hỏng 1.2.1.2 Kết cấu mố trụ: 1.3 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FRP 1.3.1 Đặc tính cấu tạo composite 1.3.1.1 Nhựa Chất kết dính sử dụng để gắn kết vật liệu composite bề mặt bê tơng cấu kiện Vật liệu kết dính dùng keo epoxi, polyester không no tương tự 1.3.1.2 Cốt sợi Các cốt sợi thủy tinh, aramid bon thường sử dụng với hệ thống gia cường vật liệu composite 1.3.1.3 Lớp áo bảo vệ Lớp áo bảo vệ giúp giữ gìn cốt vật liệu gia cường kết dính khỏi tổn hại tiềm tác động môi trường học 1.3.2 Đặc tính vật lý vật liệu composite 1.3.2.1 Khối lượng riêng Vật liệu composite có khối lượng riêng khoảng từ 1,2 tới 2,1 g/cm3, xem Bảng 1.1 Bảng 1.1 Khối lượng riêng loại vật liệu composite (g/cm3) Thép Cốt sợi thủy tinh Cốt sợi bon Cốt sợi aramid 7,9 1,2-2,1 1,5-1,6 1,2-1,5 1.3.1.2 Hệ số dãn nở nhiệt Hệ số dãn nở nhiệt vật liệu composite chịu lực chiều khác theo phương dọc ngang Bảng 1.2 Hệ số dãn nở nhiệt loại vật liệu composite [11] Thép Hệ số dãn nở nhiệt (× 10-6/°C) GFRP CFRP AFRP Theo chiều dọc, DL tới 10 –1 tới –6 tới –2 Theo chiều ngang, DT 19 tới 23 22 tới 50 60 tới 80 1.3.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ cao 1.2.3.3 Đặc tính học 1.2.3.4 Ứng xử theo thời gian kết cấu sau gia cường KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ kết khảo sát hư hỏng nêu trên, việc đánh giá lực chịu tải cầu để có giải pháp sửa chữa, nâng cấp cần thiết giai đoạn nay; đồng thời đánh giá lại việc cắm biển tải trọng cầu thời điểm khảo sát so với QCVN 41:2016/BGTVT Bộ GTVT để loại xe có số lượng trục khác nhau, có tải trọng khác hợp pháp qua cầu mà khơng gây nguy hiểm cho kết cấu Từ đó, đề xuất giải pháp nâng cấp sửa chữa CHƯƠNG ĐÁNH GÍA NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU HỘI YÊN VÀ CƠ SỞ LÝ THÚT TÍNH TỐN GIA CƯỜNG CẦU BẰNG VẬT LIỆU FRP 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CẦU [2] - Đánh giá theo hệ số tải trọng hệ số sức kháng (LRFR) [2] - Đánh giá theo ứng suất cho phép (ASR) [2] - Đánh giá theo hệ số tải trọng (LFR)[2] 2.1.1 Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng[2] Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng bao gồm ba nội dung: - Đánh giá tải trọng thiết kế - Đánh giá tải trọng hợp pháp - Đánh giá tải trọng cấp phép Trong phạm vi đề tài trọng đến hai cấp đánh giá tải trọng đánh giá tải trọng thiết kế đánh giá tải trọng hợp pháp để đánh giá tải trọng cầu phục vụ cắm biển hạn chế tải trọng cầu theo QCVN41:2016/BGTVT 2.1.1.1 Đánh giá tải trọng thiết kế Tải trọng đánh giá cấp thiết kế đánh giá 02 cấp độ: - Độ tin cậy cấp độ thiết kế Inventory Rating (viết tắt IR) - Độ tin cậy cấp thấp Operating Rating (viết tắt OR) Các cầu đạt với kiểm toán hoạt tải thiết kế cấp độ IR (hệ số đánh giá RF ≥ 1) đạt đánh giá cho tải trọng thiết kế cấp OR tải trọng hợp pháp.Hệ số RF xác định sau: RF = C −  DC DC −  DW DW   P P  LL (1 + IM ) LL (2.1) 2.1.1.2 Đánh giá tải trọng hợp pháp Tải trọng hợp pháp xe 3, 3-S2 3-3, Việc đánh giá tải trọng hợp pháp tiến hành hệ số đánh giá tải trọng thiết kế cấp OR nhỏ Khi cần phải cắm biển hạn chế tải trọng (biển 505b) theo QVCN 41-2016 [2] 2.1.1.3 Đánh giá tải trọng cấp phép Đây cấp đánh giá tải trọng thứ ba, cấp áp dụng cho cầu không cắm biển hạn chế tải trọng 2.1.2 Quy trình đánh giá tải trọng theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng hệ số sức kháng [2] 2.1.2.1 Trình tự đánh giá - Đánh giá tải trọng thiết kế (cấp đánh giá thiết kế) - Đánh giá tải trọng hợp pháp (cấp đánh giá thứ hai) - Đánh giá tải trọng cấp phép (cấp đánh giá thứ ba) Hình 2.1 Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp 2.1.2.2 Công thức đánh giá tải trọng Cơng thức (2.1) viết gọn lại sau: C − DL HL RF = = LL LL 2.1.3 Tính tốn khả chịu tải C 2.1.4 Hiệu ứng tải trọng [1], [2] 2.1.4.1 Hiệu ứng tĩnh tải (2.2) DL =  DC DC +  DW DW   P P (2.5) 2.1.4.2 Hiệu ứng hoạt tải Hoạt tải đánh giácủa trường hợp cụ thể phù hợp với cấp đánh giá trình bày mục 2.1.4 2.2 ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU HỘI YÊN 2.2.1 Giới thiệu chung Cầu Hội n nằm địa bàn thơn Nam n, xã Hịa Bắc, huyện Hịa Vang, thành phố Đà Nẵng Cầu có kết cấu BTCT gồm 02 nhịp 18.0m sử dụng dầm BTCT thường Khổ cầu rộng 3,5m với phần xe chạy rộng 3,0m Tải trọng cắm biển 2.2.2 Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Hội Yên 2.2.2.1 Tải trọng thử Tải trọng thử cầu hai xe tải (Hình 2.2) với khoảng cách tải trọng trục xe thể Bảng 2.3 Bảng 2.3 Khoảng cách tải trọng trục xe tải đo Khoảng cách bánh Tải trọng trục xe xe theo phương (m) (tấn) Stt Biển số xe Dọc Ngang Trước Sau 43C02518 3,1 1,7 2.187 5.817 43C07178 3,65 1,9 3.81 10.13 Hình 2.2 Hai xe tải đo cầu Hội Yên 2.2.2.2 Đo đạc độ võng dầm chủ với tải trọng thử Khi đo đạc giá trị độ võng tiết diện nhịp, hệ số phân bố ngang dầm chủ thực tế xác định trình bày bảng 2.4, bảng 2.5 Bảng 2.4 Chuyển vị dầm chủ với tải trọng thử nhịp Hệ số phân Chuyển vị đo STT Thế tải Vị trí bố ngang đạc (mm) thực tế Dầm 2,19 0.533 Lệch tâm phải Dầm 1,92 0.467 Dầm 2,21 0.521 Đúng tâm Dầm 2,03 0.479 Dầm 1,9 0.45 Lệch tâm trái Dầm 2,32 0.55 Bảng 2.5 Chuyển vị dầm chủ với tải trọng thử nhịp Hệ số phân Chuyển vị đo STT Thế tải Vị trí bố ngang đạc (mm) thực tế Dầm 1.84 0.52 Lệch tâm phải Dầm 1.7 0.48 Dầm 1.61 0.469 Đúng tâm Dầm 1.82 0.531 Dầm 1.55 0.448 Lệch tâm trái Dầm 1.91 0.552 2.2.3 Đánh giá trạng khả chịu lực kết cấu nhịp 2.2.3.1 Đặc trưng vật liệu, tiết diện Bảng 2.6 Các thông số mặt cắt ngang cầu Stt Đơn vị mm mm mm mm Ký hiệu h b hf bw - Lớp bảo vệ cốt thép mm - Đường kính - Số lượng mm tao dc  n Các thông số Chiều cao dầm Bề rộng mặt cầu Chiều cao mặt cầu Bề rộng sườn Cốt thép chịu kéo (thép thường): Tại ½ nhịp 1280 1750 280 230 30 28 12 11 3S2 3-3 1282.77 1282.77 1.25 1.25 891.0 891.0 1.50 1.50 0 1.80 1.80 832.02 755.35 0.11 0.12 Bảng 2.13.Xác định hệ số đánh giá RF theo lực cắt CV (KN) HL93 (IR) 489.99 HL93 (OR) 489.99 489.99 3S2 489.99 3-3 489.99 Tải trọng DC (KN) VDC DC 1.25 204.0 1.25 204.0 1.25 204.0 1.25 204.0 1.25 204.0 DW (KN) VDW DW 1.50 0.0 1.50 0.0 1.50 0.0 1.50 0.0 1.50 0.0 LL (KN) LL VLL+IM 1.75 260.02 1.35 260.02 1.80 138.46 1.80 155.08 1.80 149.65 RF 0.46 0.6 0.94 0.84 0.87 Từ Bảng 2.12 2.13 cho thấy hệ số RF khả chịu cắt khả chịu momen uốn nhỏ 1, RF khả chịu uốn nhỏ 0,3 Do đó, tạm dừng khai thác cầu để sửa chữa KẾT LUẬN CHƯƠNG (1) Bằng việc đo đạc trường phân tích tính tốn, xác định hệ số đánh giá RF momen uốn xe trục RF =0.11 < 0.3 Do đó, đề xuất tạm dừng khai thác cầu để sửa chửa (2) Khi hệ số đánh giá 0.3  RF  đưa cầu vào khai thác phải cắm biển hạn chế tải trọng Do vậy, để đảm bảo khả khai thác cầu cần phải tính tốn gia cường cắm biển hạn chế tải trọng cầu CHƯƠNG TÍNH TỐN TĂNG CƯỜNG SỨC KHÁNG UỐN, SỨC KHÁNG CẮT CỦA DẦM CẦU HỘI YÊN BẰNG TẤM SỢI FRP VÀ SO SÁNH ĐÁNH GIÁ VỚI SỐ LIỆU BAN ĐẦU 3.1 MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG TRONG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CẦU THÉP 3.1.1 Gia cường cầu BTCT BTCT dự ứng lực [3],[4],[5],[6],[7],[13] (1) Giải pháp đặt thêm cốt thép vùng chịu kéo (2) Giải pháp dán thép (3) Giải pháp căng cáp DƯL (4) Giải pháp liệu FRP(Fiber Reinforced Polymer) 3.1.2 Lựa chọn giải pháp gia cường cho số cầu Hội Yên 12 Đối với việc nâng cấp tải trọng kết cấu nhịp cầu Hội Yên (dầm BTCT), đề xuất giải pháp gia cường dán FRP khơng làm tăng đáng kể tĩnh tải, tăng cường sức kháng hiệu quả, không tăng chiều cao kiến trúc cầu sử dụng rộng rãi nước ta gia cường cầu cũ 3.2 THIẾT KẾ GIA CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU HỘI YÊN 3.2.1 Cơ sở tính tốn gia cường vật liệu FRP dầm BTCT [3], [4], [6], [13] Đối với dầm BTCT tăng cường sợi FRP, có hình thức phá hoại uốn sau: (1) Hình thức phá hoại bêtơng bị nén vỡ (  c =  cu = 0.003 ,  frpl   frpu ); (2) Hình thức phá hoại đứt sợi FRP (  frpl =  frpu ,  c   cu = 0.003 ); (3) Hình thức phá hoại đồng thời (  c =  cu = 0.003 ,  frpl =  frpu ) Trình tự tính tốn gia cường sức kháng uốn cho dầm BTCT dán sợi FRP (Theo ACI 318 hình vẽ 3.1 3.2) có bước sau: Bước 1: Tính biến dạng có hiệu sợi thời điểm phá hoại  fe từ số liệu số lớp, chiều dày t f mô đun đàn hồi E f Bước 2: Giả thiết phá hoại xảy đồng thời bêtông sợi Biến dạng bêtông lúc phá hoại 0.003 biến dạng sợi thời điểm phá hoại  fe : Bước 3: Phá hoại xảy sợi FRP bị phá hỏng trước (Hình 3.3) Ta có: Bước 4: Phá hoại xảy nứt vỡ bêtơng Khi đó: Bước 5: Tính sức kháng uốn danh định 3.2.2 Tính tốn tăng cường sức kháng uốn dầm bê tông cốt thép tiêu chuẩn ACI220,2R-08 [13] 3.2.2.1 Sức kháng uốn Trình tự tính tốn thiết kế vật liệu composite FRP sau: Bước 1: Tính tốn thuộc tính vật liệu FRP Bước 2:Tính tốn sơ thuộc tính mặt cắt 13 Bước 3: Xác định biến dạng đáy đầm thời điểm lắp đặt sợi FRP Biến dạng tính tốn với giả định dầm khơng bị nứt có tĩnh tải tác dụng lên dầm thời điểm lắp đặt sợi Bước 4: Xác định biến dạng thiết kế sợi FRP εfd Giá trị εfd xác định dựa vào điều kiện thực nghiệm quy định loại sản phẩm FRP Bước 5: Xác định khoảng cách từ thớ nén đến trục trung hòa c Giả định giá trị c Bước 6: Tính tốn c dựa vào điều kiện cân nội lực Bước 7:Tính tốn sức kháng thành phần mặt cắt Bước 8: Tính tốn sức kháng uốn tiết diện Mn 3.2.2.2 Sức kháng cắt 3.2.3 Thiết kế gia cường kết cấu nhịp dầm 3.2.3.1.Vật liệu gia cường kết cấu dầm Đối với kết cấu dầm BTCT cầu Hội Yên, vật liệu gia cường FRP sử dụng với tiêu lý thể Bảng 3.1 Chi tiết dán FRP theo phương dọc ngang cầu thể Hình 3.5 Hình 3.6 Bảng 3.1 Đặc trưng hình học sợi Stt Thông số Biến dạng cực hạn sợi cacbon Modun đàn hồi sợi cacbon Cường độ chịu kéo cực hạn sợi Đơn vị Ký hiệu e fu Giá trị 0.0085 MPa Ef 82000 MPa fu 3400 l / l / a b l / a b l / c l / l / c Hình 3.5 Gia cường dầm chủ theo phương dọc cầu 14 Hình 3.6 Gia cường dầm chủ theo phương ngang cầu 3.2.3.2 Sức kháng uốn sau gia cường Theo sở tính tốn trình bày phần 3.2.2, sức kháng uốn tiết diện diện dầm sau gia cường xác định Bảng 3.2 Bảng 3.2 Sức kháng uốn sau gia cường Stt Thông số Bề rộng cánh hữu hiệu Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến vùng chịu nén Đơn vị mm Ký hiệu b mm ds 1208 As 7385.28 tf 0.333 250 2216 Diện tích thép dự ứng lực mm2 Bề dày sợi tăng cường Bề rộng sợi tăng cường Số lượng sợi dán tăng cường Sức kháng uốn sau tăng cường mm mm KNm Giá trị 1750 bf n Mr 3.2.3.3 Đánh giá tải trọng sau gia cường Dựa vào cơng thức (1) kết tính tốn hệ số đánh giá RF ứng suất uốnvà lực cắt xác định trình bày sau: a Dầm – nhịp Bảng 3.3 Xác định hệ số đánh giá RF mô men Tải trọng HL93 (IR) HL93 (OR) 3S2 3-3 C (KNm) 2104.41 2104.41 2104.41 2104.41 2104.41 DC (KNm) MDC DC 1.25 1049.10 DW (KNm) DW MDW 1.50 35.17 LL (KNm) LL MLL+IM 1.75 1020.12 0.41 1.25 1049.10 1.50 35.17 1.35 1020.12 0.54 1.25 1.25 1.25 1049.10 1049.10 1049.10 1.50 1.50 1.50 35.17 35.17 35.17 1.80 1.80 1.80 595.49 605.46 548.10 0.69 0.68 0.75 RF Bảng 3.4 Xác định hệ số đánh giá RF lực cắt Tải C DC (KN) DW (KN) LL(KN) RF 15 trọng HL93 (IR) HL93 (OR) 3S2 3-3 (KN) DC VDC DW VDW LL VLL+IM 544.16 1.25 239.79 1.50 8.04 1.75 260.02 0.51 544.16 1.25 239.79 1.50 8.04 1.35 260.02 0.66 544.16 544.16 544.16 1.25 1.25 1.25 239.79 239.79 239.79 1.50 1.50 1.50 8.04 8.04 8.04 1.80 1.80 1.80 150.90 168.36 162.12 0.86 0.77 0.80 Kết tính tốn Bảng 3.3 3.4 cho thấy cần phải cắm biển tải trọng Khi đó, kết tải trọng cắm biển xác định thể Bảng 3.5 Hình 3.7 Như vậy, sau gia cường sức kháng kết cấu nhịp nâng lên đáp ứng tải trọng yêu cầu Bảng 3.5 Xác định tải trọng cắm biển Tải trọng Ký hiệu 3S2 3-3 T3 T3-S2 T3-3 W (kN) 222.50 320.00 356.00 RF 0.69 0.68 0.75 Tải trọng cắm biển T (tấn) 13 18 23 Hình 3.7 Biển cắm tải trọng hợp pháp sau gia cường b Dầm – nhịp Bảng 3.6 Xác định hệ số đánh giá RF mô men Tải trọng HL93 (IR) HL93 (OR) 3S2 3-3 C (KNm) 2107.47 2107.47 2107.47 2107.47 2107.47 DC (KNm) MDC DC 1.25 1016.27 1.25 1016.27 1.25 1016.27 1.25 1016.27 1.25 1016.27 DW (KNm) DW MDW 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 LL (KNm) LL MLL+IM 1.75 1020.12 1.35 1020.12 1.80 595.49 1.80 605.46 1.80 548.10 RF 0.44 0.57 0.73 0.72 0.80 Bảng 3.7 Xác định hệ số đánh giá RF lực cắt Tải trọng HL93 (IR) C (KN) 551.92 DC (KN) VDC DC 1.25 232.29 DW (KN) DW VDW 1.50 8.04 LL(KN) VLL+IM LL 1.75 260.02 RF 0.55 16 HL93 (OR) 3S2 3-3 551.92 551.92 551.92 551.92 1.25 1.25 1.25 1.25 232.29 232.29 232.29 232.29 1.50 1.50 1.50 1.50 8.04 8.04 8.04 8.04 1.35 1.80 1.80 1.80 260.02 150.90 168.36 162.12 0.71 0.92 0.82 0.85 Kết tính tốn Bảng 3.6 Bảng 3.7 cho thấy cần phải cắm biển tải trọng Khi đó, kết tải trọng cắm biển xác định thể Bảng 3.8 Hình 3.8 Như vậy, sau gia cường sức kháng kết cấu nhịp nâng lên đáp ứng tải trọng yêu cầu Bảng 3.8 Xác định tải trọng cắm biển Tải trọng Ký hiệu W (kN) RF 3S2 3-3 T3 T3-S2 T3-3 222.50 320.00 356.00 0.73 0.72 0.80 Tải trọng cắm biển T (tấn) 14 20 26 Hình 3.8 Biển cắm tải trọng hợp pháp sau gia cường c Dầm – nhịp Bảng 3.9 Xác định hệ số đánh giá RF mô men Tải trọng HL93 (IR) HL93 (OR) 3S2 3-3 C (KNm) 2078.78 2078.78 2078.78 2078.78 2078.78 DC (KNm) MDC DC 1.25 994.70 1.25 994.70 1.25 994.70 1.25 994.70 1.25 994.70 DW (KNm) DW MDW 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 LL (KNm) LL MLL+IM 1.75 1020.12 1.35 1020.12 1.80 595.49 1.80 605.46 1.80 548.10 RF 0.44 0.57 0.73 0.72 0.79 Bảng 3.10 Xác định hệ số đánh giá RF lực cắt Tải trọng HL93 (IR) HL93 (OR) 3S2 C (KN) 543.43 543.43 543.43 543.43 DC (KN) VDC DC 1.25 227.36 1.25 227.36 1.25 227.36 1.25 227.36 DW (KN) DW VDW 1.50 8.04 1.50 8.04 1.50 8.04 1.50 8.04 LL(KN) VLL+IM LL 1.75 260.02 1.35 260.02 1.80 150.90 1.80 168.36 RF 0.54 0.70 0.91 0.82 17 3-3 543.43 1.25 227.36 1.50 8.04 1.80 162.12 0.85 Kết tính tốn Trên bảng 3.9 3.10 cho thấy cần phải cắm biển tải trọng Khi đó, kết tải trọng cắm biển xác định thể Bảng 3.11 Hình 3.9 Như vậy, sau gia cường sức kháng kết cấu nhịp nâng lên đáp ứng tải trọng yêu cầu 18 Bảng 3.11 Xác định tải trọng cắm biển Tải trọng Ký hiệu W (kN) RF 3S2 3-3 T3 T3-S2 T3-3 222.50 320.00 356.00 0.73 0.72 0.80 Tải trọng cắm biển T (tấn) 14 19 26 Hình 3.9 Biển cắm tải trọng hợp pháp sau gia cường d Dầm – nhịp Bảng 3.12 Xác định hệ số đánh giá RF mô men Tải trọng HL93 (IR) HL93 (OR) 3S2 3-3 C (KNm) 2130.34 2130.34 2130.34 2130.34 2130.34 DC (KNm) MDC DC 1.25 1019.09 1.25 1019.09 1.25 1019.09 1.25 1019.09 1.25 1019.09 DW (KNm) DW MDW 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 1.50 35.17 LL (KNm) LL MLL+IM 1.75 1020.12 1.35 1020.12 1.80 595.49 1.80 605.46 1.80 548.10 RF 0.45 0.58 0.75 0.74 0.81 Bảng 3.13 Xác định hệ số đánh giá RF lực cắt Tải trọng HL93 (IR) HL93 (OR) 3S2 3-3 C (KN) 646.81 646.81 646.81 646.81 646.81 DC (KN) VDC DC 1.25 232.93 1.25 232.93 1.25 232.93 1.25 232.93 1.25 232.93 DW (KN) DW VDW 1.50 8.04 1.50 8.04 1.50 8.04 1.50 8.04 1.50 8.04 LL(KN) VLL+IM LL 1.75 260.02 1.35 260.02 1.80 150.90 1.80 168.36 1.80 162.12 RF 0.76 0.98 1.26 1.13 1.18 Kết tính tốn Bảng 27 28 cho thấy cần phải cắm biển tải trọng Khi đó, kết tải trọng cắm biển xác định thể Bảng 29 Hình 14 Như vậy, sau gia cường sức kháng kết cấu nhịp nâng lên đáp ứng tải trọng yêu cầu 19 Bảng 3.14 Xác định tải trọng cắm biển Tải trọng Ký hiệu W (kN) RF 3S2 3-3 T3 T3-S2 T3-3 222.50 320.00 356.00 0.75 0.74 0.81 Tải trọng cắm biển T (tấn) 15 20 27 Hình 3.10 Biển cắm tải trọng hợp pháp sau gia cường 3.3 ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CẦU HỘI YÊN SAU GIA CƯỜNG 3.3.1 Hiện trạng cầu Hội Yên sau sửa chữa gia cường mở rộng 3.3.1.1 Quy mô cầu sau sửa chữa mở rộng Cầu Hội Yên sau sửa chữa, mở rộng có quy mơ sau: - Sơ đồ kết cấu nhịp 2x18m - Bề rộng cầu B=0.5+3.0+2.0+3.0+0.5=10.0m - Mặt cắt ngang cầu Phần mở rộng: dầm BTCT DƯL căng trước; Phần cầu cũ: dầm BTCT thường đổ chổ gia cường vải FRP - Mố cầu Dạng chữ U BTCT - Trụ cầu Dạng trụ đặc thân hẹp BTCT - Kết cấu móng Móng nơng thiên nhiên Hình 3.11 Cầu Hội Yên sau sửa chữa mở rộng 20 Hình 3.12 Mặt cắt ngang cầu trụ mố sau sửa chữa mở rộng 3.3.1.2 Kết cấu nhịp Các dầm chủ gia cường lớp vải sợi FRP (Hình 3.13) Chủng loại FRP TORAYCA với tiêu lý xác nhận Bảng 3.15 Bảng 3.15 Chỉ tiêu lý vải FRP sử dụng gia cường cầu Hội Yên Cường độ Dày Trọng Loại vật Mô đun đàn Rộng TB kéo đứt (mm) lượng liệu hồi (MPa) (mm) (MPa) (g/cm3) Cacbon 230000 4900 505 0.333 1.8 Hình 3.13 Gia cường dầm chủ FRP 3.3.1.3 Kết cấu khác 3.3.2 Thử tải cầu với tải trọng tĩnh 3.3.2.1 Tải trọng thử tải cầu Xe thử tải cầu xe 13 (Hình 3.16) Bảng 3.16 Khoảng cách tải trọng trục xe tải đo Stt Biển số xe 43C03159 Khoảng cách bánh xe theo phương (m) Dọc Ngang 3.6 1.85 Tải trọng trục xe (tấn) Trước 3.02 Sau 10.41 21 Hình 3.16 Xe thử tải cầu 13T 3.3.2.2 Thử tải trọng tĩnh nhịp nhịp Hình 3.17: Xếp tĩnh tải thiết bị đo nhịp theo phương dọc cầu Hình 3.18: Xếp tĩnh tải thiết bị đo nhịp theo phương ngang cầu Kết đo đạt tính toán ứng suất, độ võng dầm nhịp thể Bảng 3.17 3.18 Bảng 3.17 Ứng suất thớ dầm nhịp STT Thế tải Vị trí A Thớ dầm bê tông Dầm Nhịp Dầm Dầm Nhịp Dầm Thiết bị B2161 B2157 B2162 B2158 Biến dạng 0,0000878 0,0000828 0,0000748 0,0000588 Ứng suất Ứng suất Tỷ lệ K đo đạc tính tốn (%) (MPa) (MPa) 2,28 2,19 1,65 1,97 2,30 2,31 1,67 2,20 99,03 94,80 98,79 89,40 22 B Thớ vải FRP Dầm Nhịp Dầm Dầm Nhịp Dầm B2167 B2166 B2154 B2168 0,0000821 0,0000615 0,0000485 0,0000313 18,87 14,13 11,16 7,19 - - Nhận xét: Kết cấu dầm sau gia cường nhịp đảm bảo an toàn lực chịu tải xe tải 13T Bảng 3.18 Độ võng nhịp dầm nhịp STT Thế tải Nhịp Nhịp Vị trí Thiết bị Độ võng đo đạc (mm) Dầm Dầm Dầm Dầm V1 V2 V1 V2 2,475 2,425 2,255 2,160 Độ võng tính tốn (mm) 2,54 2,51 2,27 2,09 Tỷ lệ K (%) 97,40 96,77 99,43 103,55 Nhận xét: Hiện trạng kết cấu nhịp đảm bảo an toàn lực chịu tải xe tải 13T Từ kết đo đạc độ võng dầm, hệ số phân bố ngang thực tế dầm chủ tính tốn thể Bảng 3.19 Bảng 3.19 Hệ số phân bố ngang dầm nhịp STT Thế tải Nhịp Nhịp Vị trí Dầm Dầm Dầm Dầm Độ võng đo đạc (mm) 2,475 2,425 2,255 2,160 Hệ số phân bố ngang 0,51 0,49 0,51 0,49 Nhận xét: Đối với kết cấu nhịp có dầm chủ với xe, hệ số phân bố ngang thực tế dầm chủ nhịp phù hợp 3.3.3 Thử tải động kết cấu nhịp 3.3.2.1 Hệ số xung kích – chuyển vị động Bố trí xe chạy với tốc độ khác V = 0, 10, 20 30 km/h qua nhịp và ghi lại biểu đồ độ võng nhịp Bảng 3.20 thể chuyển vị động hệ số xung kích kết cấu nhịp Bảng 3.20 Hệ số xung kích dầm nhịp Kết cấu nhịp Thiết bị Độ võng (mm) ứng với vận tốc (km/h) 10 20 30 Hệ số xung kích 23 Nhịp 1- Dầm Nhịp 1- Dầm Nhịp 2- Dầm Nhịp 2- Dầm V1 V2 V1 V2 2,43 2,48 2,16 2,255 2,63 2,63 2,60 2,555 2,72 2,64 2,52 2,46 2,94 3,04 2,55 2,77 1,23 1,23 Nhận xét Bảng 3.20: Hệ số xung kích kết cấu nhịp sát với hệ số xung kích theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 (IM = 1,25) lớn hệ số xung kích theo 22TCN 18-79 (IM = 1,20) 3.3.3.2 Gia tốc - tần số Bố trí xe tải chạy với tốc độ lớn có hãm phanh cầu để gây hiệu ứng động lớn cho kết cấu nhịp Kết phân tích gia tốc, tần số dao động riêng chu kỳ thể Bảng 3.21 Bảng 3.21 Kết phân tích tần số chu kỳ kết cấu nhịp STT 3 Kết cấu nhịp Nhịp Nhịp Phương Thiết bị Dọc cầu Ngang cầu Thẳng đứng Dọc cầu Ngang cầu Thẳng đứng A47492 A47490 A47488 A47490 A47488 A47492 Tần số f (Hz) 8,80 17,00 5,20 8,90 22,00 3,80 Chu kỳ T (s) 0,114 0,059 0,192 0,112 0,045 0,263 Nhận xét Bảng 3.21: Chu kỳ dao động tự thẳng đứng không nằm phạm vi giới hạn 0.45s ÷ 0.60s chu kỳ dao động tự nằm ngang kết cấu nhịp không trùng bội số chu kỳ dao động tự thẳng đứng Do đó, kết cấu nhịp đảm bảo điều kiện dao động KẾT LUẬN CHƯƠNG (1) Từ kết phân tích tính tốn thể bảng 20, 23, 26,29, hệ số đánh giá RF nằm phạm vi 0.3