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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng, Năm 2019 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 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HOÀNG PHƯƠNG HOA Đà Nẵng, Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Học viên xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Hồng Phương Hoa tận tình hướng dẫn - bảo trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ, giảng viên Khoa Xây dựng Cầu đường, Phòng KH, SĐH & HTQT Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, Ban đào tạo Sau đại học - Đại học Đà Nẵng, gia đình, bạn bè động viên tạo điều kiện cho học viên thời gian học cao học hoàn thành luận văn tốt nghiệp Với thời gian nghiên cứu lực thân hạn chế, luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, tồn Học viên mong nhận ý kiến đóng góp từ phía thầy bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Trân trọng cảm ơn ! LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết tính tốn nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn 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 Học viên: Trang Hồng Thuấn, Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Đánh giá lực chịu tải cầu hệ thống giao thông thuộc huyện Tiểu Cần giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa áp dụng phương pháp đánh giá cầu để xác định nguyên nhân hư hỏng, lực chịu tải thực tế cầu; nhu cầu vận chuyển hàng hố, từ có giải pháp nâng cấp sửa chữa Đồng thời đánh giá lại việc cắm biển tải trọng cầu thời điểm khảo sát so với QCVN 41:2016/BGTVT Bộ Giao thông vận tải để loại xe có số lượng trục, tải trọng khác hợp pháp qua cầu mà không gây nguy hiểm cho kết cấu Trong nội dung luận văn tác giả chọn 01 cầu BTCT Cầu Nhơn Hòa, đường huyện 26, tỉnh Trà Vinh để tiến hành thực nghiệm đánh giá lực chịu tải cầu Áp dụng phương pháp đánh giá cầu theo tiêu chuẩn AASSHTO, từ kết đánh giá tác giả chọn giải pháp gia cường cho cầu dán vật liệu FRP (Fiber Reinforced Polymer), từ kết tính toán đề xuất cắm biển tải trọng hợp pháp trước gia cường sau gia cường, đảm bảo phục vụ tốt cho việc vận chuyển hàng hoá an tồn cho cơng trình cầu Từ khóa: Đánh giá, lực chịu tải, cầu thép, thiết kế, nâng cấp sửa chữa Summary: The assessment of the load-carrying capacity of some bridges on the transport system of Tra Vinh province and the design solution for improvement and repair is to apply the method of bridge assessment to identify causes of damage and performance, the actual bearing load of the bridge; Demand for transportation of goods, from which solutions to improve and repair Meanwhile, it is necessary to evaluate weight limit of the old bridges at the time when these bridges were monitored compared to QCVN 41:2016/BGTVT standard enacted by Ministry of Transport which allows vehicles with different axle and weight to pass the bridge without endangering its structure members In this thesis, a steel bridge located on Provincial Road 26 were selected to carry out testing the bridge load capacity The standard used to assess in the study is AASHTO LRFD Based on the results of the examination, using steel plate to add to the bottom of steel girder and FRP (Fiber Reinforced Polymer) material to cover reinforced concrete beam bridge were chosen as two solutions to strengthen bridge performance Eventually, to ensure bridge safety and best service for the carriage of products, the research suggested the appropriate weight limit of bridges before and after the time when adding strength to these two selected bridges took place Keyword: Evaluation, load-carrying capacity, steel bridge, reinforced concrete, strengthen MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU………… …………………………………….……….……….….1 Lý chọn đề tài……………………………………………….……… Đối tượng nghiên cứu………………………………….………………….1 Phạm vi nghiên cứu……………………….……………………… ….…2 Mục tiêu nghiên cứu…………………………………… …………….…2 Phương pháp nghiên cứu……….…………………………………… ….2 Cấu trúc luận văn…………………………………………….… … CHƯƠNG 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…… …… 1.2 Hiện trạng mạng lưới giao thông địa bàn huyện Tiểu Cần 1.2.1 Hệ thống đường 1.2.2 Hệ thống cầu đường bộ……….…………………………… … 1.3 Hiện trạng hư hỏng chủ yếu cầu địa bàn huyện Tıểu Cần 1.3.1 Cầu Quốc lộ……………………………………….………….… 1.3.2 Cầu Đường tỉnh.………………………………… ….………….5 1.3.3 Một số hư hỏng đặc trưng cầu địa bàn huyện Tiểu Cần………8 1.3.4 Một số hư hỏng đặc trưng cầu địa bàn huyện Tiểu Cần.… 10 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1………………………….………………… … 10 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU………… ………… 12 2.1.Cơ sở pháp lý đánh giá lực chịu tải cầu 12 2.1.1 Cơ sở pháp lý……… …………………………………………… 12 2.1.2 Các phương pháp thử tải cầu…………………… …………….… 13 2.1.3 Các phương pháp đánh giá cầu……………… ……………….… 15 2.1.4 Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng……… … 15 2.1.5.Quy trình đánh giá tải trọng theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng hệ số sức kháng…………………….……………………………… … 17 2.1.6 Tính toán khả chịu tải C………….…………………… …… 19 2.1.7 Hiệu ứng tải trọng…………………………………………………… 20 2.2 Đánh giá chịu tải số cầu địa bàn huyện Tiểu Cần.…….….22 2.2.1 Cơ sở lựa chọn số cầu để đánh giá nâng cấp tải trọng … 22 2.2.2 Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Nhơn Hòa…… …………….….22 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2… ………………………………… …………37 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI MỘT SỐ CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH 39 3.1 Một số giải pháp gia cường cầu bê tông cốt thép .39 3.1.1.Gia cường cầu BTCT BTCT dự ứng lực 39 3.1.2 Lựa chọn giải pháp gia cường cho cầu Nhơn Hòa 39 3.2.Thiết kế gia cường kết cấu nhịp cầu Nhơn Hòa 39 3.2.1 Cơ sở tính tốn gia cường vật liệu FRP dầm BTCT DƯL… 39 3.2.2 Tính tốn tăng cường sức kháng uốn dầm bê tơng ứng suất trước theo tiêu chuẩn ACI220,2R-08 [13] 43 3.2.3 Thiết kế gia cương kết cấu nhịp dầm……………… ……………….… 49 KẾT LUẬN CHƯƠNG .51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 Kết luận .53 Kiến nghị .53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Hệ số tải trọng hoạt tải theo TTGH Hệ số tải trọng tải trọng hợp pháp 20 21 2.3 2.4 Khoảng cách tải trọng trục xe tải đo Kết đo ứng suất hệ dầm chủ 24 26 2.5 2.6 2.7 Ứng suất tĩnh tải dự ứng lực dầm T Kết đo ứng suất mặt cầu nhịp Kết đo ứng suất dầm ngang nhịp 27 29 30 2.8 2.9 Kết đo độ võng Kết đo dao động 31 32 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 Kết đo độ vồng Kết đo cường độ vận tốc siêu âm Xác định sức kháng uốn tiết diện dầm chủ nhịp Xác định sức kháng cắt tiết diện dầm chủ gối Hệ số tình trạng kết cấu Cấm biển hạ chế tải trọng 32 33 35 36 36 37 3.1 Đặc trưng hình học sợi 49 3.2 3.3 3.4 Sức kháng uống sau gia cường Xác định hệ số đánh giá RE momen Xác định hệ số đánh giá RE lực cắt 50 50 51 3.5 Xác định tải trọng cấm biển 51 bảng 2.1 2.2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 1.2 1.3 Bản đồ quy hoạch giao thông tỉnh Trà Vinh Hư hỏng lớp bê tông bảo vệ gờ lan can Hư hỏng nặng lớp bê tông bảo vệ cốt thép dầm chủ 6 1.4 1.5 Suy hao bê tông mặt cầu Hư hỏng lớp bê tông bảo vệ mặt cầu 7 1.6 1.7 Hư hỏng khe co giãn Rỉ nặng cấu kiện dầm chủ, liên kết ngang cầu thép 2.1 Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp 18 2.2 2.3 Cầu Nhơn Hòa Xếp tải tĩnh thiết bị đo nhịp theo phương dọc cầu 22 24 2.4 2.5 2.6 3.1 3.2 Các tải thiết bị đo chuyển vị nhịp theo phương ngang cầu Xếp tải tĩnh thiết bị đo nhịp theo phương dọc cầu Các tải thiết bị đo chuyển vị nhịp theo phương ngang cầu Ứng suất-biến dạng tiết diện chữ T dầm BTCT DƯL Biến dạng dầm BTCT DƯL trường hợp phá hoại đồng thời 24 25 26 40 40 3.3 Biểu đồ biến dạng dầm BTCT DƯL trường hợp sợi đứt 42 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Tăng cường sức kháng cắt cho dầm BTCT sợi FRP Gia cường dầm chủ theo phương dọc cầu Gia cường dầm chủ theo phương ngang cầu Cấm biển tải trọng cầu Cấm biển tải trọng cầu Nhơn Hòa 48 49 49 51 52 50 3.2.3.2 Sức kháng uốn sau gia cường Theo sở tính tốn trình bày phần 3.3.2, sức kháng uốn tiết diện dầm sau gia cường xác định bảng 3.2 Bảng 3.2 Sức kháng uốn sau gia cường Stt Thông số Đơn vị Ký hiệu Giá trị Bề rộng cánh hữu hiệu mm b 1405 Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến vùng chịu nén mm ds 1232.06 Diện tích thép dự ứng lực mm2 As 2532.25 Bề dày sợi tăng cường mm tf 0.333 Bề rộng sợi tăng cường mm bf 500 Số lượng sợi dán tăng cường n Sức kháng uốn sau tăng cường KNm Mr 3425 Sau gia cường sức kháng uốn tiết diện dầm chủ tăng lên thêm 23% so với sức kháng uốn tiết diện trước gia cường 3.2.3.3 Đánh giá tải trọng sau gia cường Kết tính tốn hiệu ứng tải trọng tĩnh tải thân, lớp phủ mặt cầu, hoạt tải HL93 xe đơn [3] [3-S2] [3-3], hệ số đánh giá RF ứng suất uốn lực cắt xác định trình bày bảng 3.3 3.4 Bảng 3.3 Xác định hệ số đánh giá RF mô men DC (KNm) DW (KNm) LL (KNm) Tải trọng C (KNm) DC MDC DW MDW LL MLL+IM HL93 (IR) 2911.25 1.25 852.54 1.50 146.02 1.75 1560.08 0.59 HL93 (OR) 2911.25 1.25 852.54 1.50 146.02 1.35 1560.08 0.77 2911.25 1.25 852.54 1.50 146.02 1.80 843.79 1.07 3S2 2911.25 1.25 852.54 1.50 146.02 1.80 981.98 0.92 3-3 2911.25 1.25 852.54 1.50 146.02 1.80 959.92 0.94 RF 51 Bảng 3.4 Xác định hệ số đánh giá RF lực cắt DC (KN) C Tải trọng DW (KN) LL(KN) RF (KN) DC VDC DW VDW LL VLL+IM HL93 (IR) 1049.75 1.25 104.25 1.50 22.52 1.75 260.09 1.95 HL93 (OR) 1049.75 1.25 104.25 1.50 22.52 1.35 260.09 2.52 1049.75 1.25 104.25 1.50 22.52 1.80 130.60 3.77 3S2 1049.75 1.25 104.25 1.50 22.52 1.80 163.98 3.00 3-3 1049.75 1.25 104.25 1.50 22.52 1.80 165.92 2.96 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 3.3 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 W Tải trọng cắm Tải trọng Ký hiệu T3 223.00 1.07 23 3S2 T3-S2 321.00 0.92 29 3-3 T3-3 356.00 0.94 33 RF (kN) biển T (tấn) KẾT LUẬN CHƯƠNG (1) Đối với cầu Nhơn Hòa giải pháp gia cường kết cấu nhịp dán vật liệu FRP gồm lớp, lớp có kích thước 500 x 0.333mm bố trí hình 3.7 Biển cắm tải trọng sau gia cường là: 23t 29t 33t Hình 3.7 Cắm biển tải trọng cầu 52 (2) Trước gia cường cho cầu Nhơn Hòa tải trọng khai thác cầu 3,5T không khai thác tối ưu tải trọng đường hữu Sau tiến hành gia cường tải trọng cầu nân lên, cấm biển tải trọng 10T cho cầu Nhơn Hòa để phù hợp với tải trọng khai thác đường hữu Hình 3.8 Cắm biển tải trọng cầu Nhơn Hòa 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn đạt kết sau: (1) Tổng hợp cơng trình cầu hệ thống giao thơng huyện Tiểu Cần, cầu đường tỉnh, đường huyện với hư hỏng xuất Trên sở trạng nhu cầu vận tải, cầu Nhơn Hịa (cầu dầm BTCT DƯL) có tính đặc trưng lựa chọn để đánh giá lực trạng đề xuất giải pháp gia cường nhằm nâng cao tải trọng theo yêu cầu; (2) Bằng việc kết hợp đo đạc trường phân tích tính tốn, biển cắm tải trọng hợp pháp trước gia cường kết cấu nhịp cầu Nhơn Hòa theo QCVN41:2016/BGTVT; (3) Để đáp ứng nhu cầu vận tải đồng tải trọng cầu tuyến, kết cấu nhịp cầu Nhơn Hòa cần gia cường với giải pháp dán FRP (Fiber Reinforced Polymer) Biển cắm tải trọng hợp pháp sau gia cường kết cấu nhịp cầu Nhơn Hòa theo QCVN41:2016/BGTVT là: 23t 29t 33t Cắm biển tải trọng cầu Nhơn Hòa Kiến nghị (1) Việc đề xuất cắm biển tải trọng hợp pháp cầu Nhơn Hòa áp dụng cho kết cấu nhịp Do đó, cần thiết phải đánh giá lực trạng kết cấu mố trụ; (2) Cần đo đạc thêm tác dụng động đo hệ số xung kích gia tốc, tần số dao động chuyển vị động kết cấu nhịp mố trụ để có tranh tồn cảnh lực chịu tải cầu Nhơn Hòa nói DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Bộ giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường 22TN272-05, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [2] Bộ giao thông vận tải (2014), Quy định cắm biển tải trọng cầu theo QCVN41:2012, Bộ Giao thơng vận tải, Hà Nội [3] Hồng Phương Hoa, Khai thác sửa chữa - gia cố công trình cầu, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [4] Nguyễn Trọng Nghĩa, Giải pháp tiên tiến sửa chữa, tăng cường khả chịu lực cho kết cấu bê tông sử dụng vật liệu cốt sợi cường độ cao dính bám ngồi FRP, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [5] Nguyễn Viết Trung, Lê Thị Bích Thủy, Nguyễn Đức Thị Thu Định, Công nghệ dán thép gia cố sửa chữa cầu kết cấu bê tông cốt thép, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [6] Nguyễn Trâm, Trần Quốc Ca, Kết cấu Composite, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [7] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long, Cầu bê tông cốt thép (Thiết kế theo tiêu chuần 22TCVN 272-05, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [8] Sika Limited (Vietmam) (2009), Tấm sợi cacbon ép đùn dùng để gia cố kết cấu [9] Luật Giao thông đường số 23/2008/QH12 ngày 13/11/2008 [10] Nghị định 46/2015/NĐ-CP ngày 12/05/2015 Chính phủ Quản lý chất lượng bảo trì cơng trình [11] Nghị định số 11/2010/NĐ-CP ngày 24/02/2010 Chính phủ quy định quản lý bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đường [12] Nghị định số 100/2013/NĐ-CP ngày 03/9/2013 Chính phủ sửa đổi, bổ sung số điều Nghị định số 11/2010/NĐ-CP [13] đường bộ; QCVN 41: 2016/BGTVT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia báo hiệu [14] Thông tư số 84/2014/TT-BGTVT ngày 31/12/2014 Bộ Giao thông Vận tải Quy định tổ chức giao thông đặt biển báo hiệu hạn chế trọng lượng xe qua cầu đường [15] Thông tư số 46/2015/TT-BGTVT ngày 07/9/2015 Bộ Giao thông Vận tải Quy định tải trọng, khổ giới hạn đường bộ; lưu hành xe tải trọng, xe khổ giới hạn, xe bánh xích đường bộ; vận chuyển hàng siêu trường, siêu trọng; giới hạn xếp hàng hóa phương tiện giao thông đường tham gia giao thông đường [16] Công văn số 5382/BGTVT-KCHT ngày 13 tháng năm 2014 Bộ Giao thông Vận tải việc Rà soát thay biển báo giới hạn tải trọng cầu đường Tiếng Anh: [17] AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications (2010) [18] Andrzej S Nowak and Maria M Szerszen, Structural reliability as applied to highway bridges (2000), John Wiley & Sons, [19] Andrzej S Nowak and Maria M Szerszen, Structural reliability as applied to highway bridges (2000), John Wiley & Sons, [20] Andrzej S Nowak, Calibration Of LRFD Design Specifications For Steel Curved Girder Bridges (2008), NCHRP Report 563, National Cooperative Highway Research Program (Hoa Kỳ) [21] Andrzej S Nowak (1993), Live Load Models for Highway Bridges [22] ACI 440.2R-08 Guide for the Design and Construction of Externally Bonder FRP Systems for Strengthening Concrete Structures [23] ACI 318-05 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary [24] Eurocode (Basis of structural design) – EN 1991 (2004), European committee for Standardization [25] Ranganathan R, Reliability Analysis and Design of Structures (2000), Tata Mc Graw-Hill Co Civil Engineering Dept., I.I.T., Bombay ... 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... khác Tác giả luận văn Trang Hồng 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 Học viên: Trang Hoàng Thuấn, Chun... 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