Nghiên cứu hiện trạng ăn mòn của một số công trình cầu đường sắt ở miền trung và đề xuất giải pháp khắc phục

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIN HOÀNG N O T U NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG ĂN MỊN ỦA MỘT SỐ CƠNG TRÌNH CẦU ĐƢỜNG SẮT Ở MIỀN TRUNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LU N VĂN T ẠC SĨ KỸ THU T Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS PHẠM MỸ Đà Nẵng - Năm 2018 ƢƠNG 0: LỜI M ĐO N Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Tác giả luận văn Đinh Hồng Nhật u MỤ Ụ TRANG BÌA LỜI AM OA M TRANG TÓM TẮT LUẬ VĂ KÝ HIỆU V Ơ VỊ A M CÁC A M MỞ U 1 T n Mục tiêu nghiên cứu: ố ƣợng phạm vi nghiên cứu P ƣơng ng ên ứu 5 C u trúc luận văn ƢƠ 1: U TỔ QUA Ă M U ƢỜ SẮT 1.1 Giới thiệu tổng quan 1.1.1 P n án g n n ng ên ứ ên g 1.1.2 P n án g n n ng ên ứ ng nƣớ 11 1.2 ng ng ên ứ 12 ƢƠ 2: Ơ SỞ T UY T P T T Ă M A U T P 13 2.1 Tổng n 13 2.2 P n ng n ạn ƣờng ắ 13 2.2.1 X ng n ệ n n ổ ợ 14 2.2.2 M ả ện g v án ả 20 2.2.3 X ng ƣơng n ng ng ố ƣợng 22 2.2.4 P ƣơng n ng ệ ống 27 2.3 n ậ 29 2.3.1 v n 29 2.3.2 M ả n ng n ên 29 2.3.3 Phân bố xác xu t 31 2.3.4 ố n ậ 33 2.3.5 M ng M n 34 2.3.6 ạng g ạn 35 2.4 M n ăn n 35 ƢƠ 3: M T TR P T T QU M P V T ẬY A T U 39 3.1 P n n ả ng 39 3.1.1 ệ 39 3.1.2 M n ả ng ƣờng ắ 39 3.1.3 Xá n ng ố ống ê ả ng n n 41 3.2 M n ứ ả ng 42 3.3 P n ản ƣởng ăn n ng ƣơng n ạn 44 3.3.1 X ng n ăn n 44 3.3.2 M n n ạn 47 3.3.3 M n vậ ệ 48 3.3.4 ện ên 49 3.3.5 P n ả ng 50 3.4 án g n ậ ản ƣởng ăn n 72 3.4.1 X ng ạng ả ốn 74 3.4.2 P n n án ố n ậ 79 3.5 ận ƣơng 81 T UẬ V Ị 83 T ỆU T AM O 85 QUY T Ị AO Ề TÀI LUẬ VĂ T SĨ ( N SAO) B N SAO K T LUẬN C A H I ỒNG, B N SAO NHẬN XÉT C A CÁC PH N BIỆN TRANG TÓM TẮT LU N VĂN NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG ĂN MỊN ỦA MỘT SỐ CƠNG TRÌNH CẦU ĐƢỜNG SẮT Ở MIỀN TRUNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC v ên: n Hoàng ậ ậ X Chuyên ngành: ng Mã ố: 60.58.02.08 Khóa: K33 T ƣờng - Tóm tắt - T ạng ện n ên ả nƣớ ó n ng ụ vụ n ƣờng ắ ắ ãv ng ống ng ê ng ăn n n ên n ƣởng ăn n ã gả ả g ngạ ớn vệ g ng g ng ng ngƣờ g g ng gả n n ng n ệ ố ó ng ĩ ớn v ố vớ nƣớ v ụn ƣ ng ên Rồng T n ó v v Tá ăn n gả ƣợng vậ ệ ( ƣờng / n n gả ể) gả ện v ể ận ng ản ƣởng ớn n ả M ố ận n ạng v ển v ớn ng óv n ƣ ó gả ậ n ắ ụ ƣớ ệ v M n T ng ó v ng g ển T ắn ã T ƣờng Sơn nên ƣợng ố ( ) ng ng n ện ận ợ ể ăn n n ên n n n ơn ố vớ n ng ng n ng ng V ụ T n ó ó Rồng; g ệ An ó Yên X n; ó S ng ã ƣơng T ện P ng n; TP ẵng; ê Sơn ện n Q ảng ; Rù R Q Sơn Q ảng vv n P n R ng ó T n ng n ãv ng ăn n g ản ƣởng n ả vệ v ẩ n ể án g ả vệ ng ả ả ứ v ng n n án g ả vệ T ó ng ó ể ện ợ v ệ ả nn ng ƣ ó ng ên ứ n v ụ ể ể án g ứ n nv ả vệ n ng ận ng ƣờng ắ ên v M n T ng ăn n n ên n ó ện n ng ợ ể ả ả ện n n ện ậ v ện n ng n ụng n v vậ g ên ứ ện ạng ăn n ố ng n ƣờng ắ M n T ng v gả ắ ụ n n ả á n ăn n n ên ng ƣờng ắ ên n T n ng ố ệ ả n n n ăn n ƣợ ên ƣơng n ạn ( M) ể án g ả n ng n ƣớ ăn n n ên v n ng ên n n ố ản ƣởng n ng n n ụ ện ệ ả cơng trình Từ khóa – Ăn n n ạn ; ổn n ả ng n ng (6 ng ó ) ệ n n Study on The Corossion Actuality of Some Steel Rail Bridges in The Middle Area of Vietnam, Proposed Solutions to Remedy Abstract – In current reality, a lot of steel bridges connected the North-South railway line have been seriously degraded due to corrasion and nature corrosion The corrosion of the steel bridges have reduced their capacity of bearing load As a result, this might interfere with the traffics, it causes to feel panic for traffic participants, simultaneously it might reduce the aesthetic effect of the bridge Especially, for the bridges that play a great historical role with respect to our country, such as Long Bien bridge, Ham Rong Bridge, etc The damaging effect of the corrosion with respect to steel bridges is to reduce the mechanical properties of the steel material e.g., reducing Young's modulus, strength; and to reduce the cross sections that locate at the critical positions of each member in the bridge, i.e., the locations that have maximum internal forces Consequently, the bearing load capacity of the bridge has been significantly decreased, some of the members are dramatically displaced and deformed But so far, there is no available technical solution proposed Our country, specifically the geographical location of middle area is limited by the East Sea to the east, and in the west it is obstructed by Truong Son mountain range Therefore, the chloride content in the air is very high, this is a convenient condition for the corrasion and the nature corrosion take place faster than with respect to the steel structures For instance, the Ham Rong bridge is located in Thanh Hoa province, in the similarity Yen Xuan bridge in Nghe An, Song Bo bridge in Hue, Nam O bridge in Danang, Chiem Son and Ru Ri bridges in Quang Nam, Thap Cham in Phan Rang and so on The most of these bridges have been corrading and corroding, it affect to the workability and architectural aesthetics of the bridges In order to evaluate the workability of the steel bridges, it needs to investigate the corrosion measure, corrosion location to build the analyzed model for reevaluating the workability of steel bridges Thence, we have the basis to propose the appropriate and effective solutions So far, there are no study/research to assess the safety measure and practical workability of the structural members in the railway bridge in the Middle area due to corrasion and nature corrosion so that it is necessary to have a proper method of repairing, upgrading or replacing the structures in the bridge in order to ensure the safety conditions, technical conditions and economic conditions during the process of exploitation and use Therefore, the subject "Investigation on Corrosion Actuality of Steel Rail Bridges in Middle Area of Vietnam, Proposed Solutions to Remedy" is essential Using finite element method, an analysis model is established based upon the survey data to reevaluate the actual bearing load capacity with respect to the steel bridges under corrasion and nature corrosion Finaly the reasons lead to reducing workability of steel bridges are analyzed, thenceforth the effective treatment solutions are proposed Key words – Corrosion, steel structures, bridge structures, analysis of multibody dynamics, finite element analysis, bucckling, moving load (6 keywords) KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ 1.1 Ký hiệu ảng ƣớ ùng vớ n ng ng n ụ ệ ƣợ ụng ng ận văn n ả vắn ắ V T TẮT TT 01 P ƣơng 02 Hàm xác su t tập trung (Probability Mass Function) PMF 03 Hàm mậ PDF 04 Hàm phân bố tích lu (Cumulative Distribution Function) CDF 05 Trạng thái giới hạn tới hạn (Ultimate Limit States) ULSs 06 Trạng thái giới hạn s dụng (Serviceability Limit States) SLSs 07 Trạng thái giới hạn m i (Fatigue Limit States) FLSs 08 P ƣơng n Equations) DAE n t h u hạn (Finite Element Method) xác su t (Probability Density Function) ại số vi phân (Differential Algebraic FEM 1.2 Đơn vị Tê ẩn - ng ận văn ƣợ ên ệ ơn v : ố ệ ơn v v ợ vớ n ƣM MS n ng ƣợ ụng N ảng 1: R ng ảng 2: T ng ố ảng 1: ệ ố ảng 2: án ống ê ệ v v ng ệ ống ƣờng ắ .26 37 ệ ố ng ố ụng MỤ CÁC ẢNG n ng ĩn ả 41 ống ê ng ả án nóng g ng ổ ợ 44 ảng 3: ệ ố ứng v ố ẩn ng ậ 75 ảng 4: ệ ố ứng v ố ẩn ng ậ .77 ống ê , v ảng 5: v gá ố 79 N MỤ CÁC N n 1: T n ảnh c u Long Biên Hà N ƣới s xâm th ăn n nhiên .1 n 2: M t số hình ảnh chi ti t k t c u c u Long Biên b ăn n n 3: u Long Biên b bi n dạng v ển v lớn n 4: u thu c Mi n Trung, Việ ã v ạng b ăn n .4 n 1: M ả n 2: n n n ng n ố .16 : ) án v n ; ) án v 21 n 3: Sơ v n 4: ƣờng ng ăn nP n 1: Tả n n n n n ng ụ ển ng 27 1999 .38 42 2: Tả ng ụ ng 42 3: Tả ng ụ 42 4: ) T ện ng ng ) ện 45 5: M n n 45 6: Ăn n ản ã gó 45 n 7: Ăn n ản án ƣớ ng ng 46 n 8: Ăn n ản án n 9: M n n : P n ƣớ ƣớ 46 v ăn n 47 47 n n n n n n n 11: P n ƣớ ệ ống v v .47 12: P n ƣớ án a .48 13: Q n ệ g ứng v n ạng vậ ệ 49 14: gố n v ố ụ 49 15: ện ên ng vệ .50 16: M ng ệ ệ n ( v ng ng) 50 17: S án ển v ĩn ả ƣ ăn n v ăn n 51 n 18: P ổ ển v ĩn ả ƣ ăn n 52 n 19: S án ứng V nĩn ả ƣ ăn nv ăn n 53 n 32 :P ổ n ố ứng ƣ ăn n ĩn ả 53 n 21: P ổ n ố ứng ã ăn n ĩn ả .53 n 22: S án ứng ĩn ả ƣ ăn n v ăn n 54 n 23: S án ƣ ổ ăn ển v n ( ƣớ nă ) v 1( ên) g n ã n ăn n ện ( = 774s) 56 n 24: S án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 1548 ) 56 n 25: S án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 2322 ) 56 n 26: S án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 96 ) 56 n 27: S n 28: S n 29: S án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 387 ) 57 án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 4644 ) 57 án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 5418 ) 57 n 3 : S án ổ ển v 1( ên) g n ƣ n 31: S n 32: S ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 6192 ) 57 án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 6966 ) 58 án ổ ển v 1( ên) g n ƣ n 33: S n 34: S ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 774 ) 58 án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 8514 ) 58 án ổ ển v 1( ên) g n ƣ ăn n ( ƣớ nă ) v n ã ăn n ện ( = 9288 ) 58 83 T U N VÀ I N NG Ị t uận ận văn ã n n ả M n T ng V ệ n ó ả ƣớ v Q ệ ả án ng ăn n ó n ng ản n ng Vậ ể ƣờng ả ể vậ gả ố vớ ng ện ệ n ơn ứ ăn vậ ó ổ n n ƣờng ăn ả ăn n ển n ốn ắ v v ng ng n ể n ng n ả n ản ụng ƣỡng ố vớ ứ ố ổ ản ụng nên n ển v ng ƣờng ớn g ng ứ ƣờng ắ ng ả ƣởng n ƣỡng ên ng g nv gả ó ố vớ ƣởng ơn a ố vớ ả n ống ƣợng ả án g ện ng ĩ M n ả ản án ụ ản ng M n T ng ố vớ n án n M n T ng ù ợ v n ên n ản án ƣờng n ăn n n n ố vớ n ậ ả ản ƣơng ện ƣ ả ên ƣờng n ng ƣởng ể ể ể ố ã ƣợ n g ê n nM n ắ ố n ăn ã T ƣờng Sơn nên n ng ng ể án g ản ản án g l ng ng ên ứ án g nă ƣơng n ng ả v ớn R n ng ƣờng ắ v v T ng ng ƣờng ắn ể ƣợ n ố ng ơn n n n n ƣợ êng v M n T ng V ệ ng T ận văn ng TP ăn ống n ố ể n n ng n v ng ƣợ n ố vớ ố ng T n ên ạng v ăn ận văn ã n ả ã ố ệ ƣởng n ả ệ M ả ăn ện ạng ăn n ƣng v ƣợ ản ản án ụng n ó ó ện ƣờng ăn nên ố g ể n ƣng v n 84 ả ả ƣợ ả vệ ng ện ng i n nghị:  g ạn n n ện n n gả án n ống ăn ứ ệ ụng ệ ống n nă ên n ng g ó n ồng ả ó ể gả ƣờng ắ ổ ng g ạn n n ả ạn n ng n ể ản ƣợ gá ạn n ố ăn v ƣởng ăn ổ n 85 TÀI IỆU T M ẢO [1] Björklund, A and J Höglind, Strengthening of steel structures with bonded prestressed laminates Numerical analyses of alternative techniques for reducing the interfacial stresses 2007 [2] Fujii, K., et al A model generating surface irregularities of corroded steel plate for analysis of remaining strength in bridge maintenance in The 9th East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction (EASEC-9) 2003 [3] Rahgozar, R., Remaining capacity assessment of corrosion damaged beams using minimum curves Journal of Constructional Steel Research, 2009 65(2): p 299-307 [4] Matsumoto, M., et al., A proposal of effective thickness estimation method of corroded steel member Bridge Foundation Engineering, 1989 23(12): p 1925 [5] Muranaka, A., O Minata, and K Fujii, Estimation of residual strength and surface irregularity of the corroded steel plates Journal of Structural Engineering, 1998 44: p 1063-1071 [6] Kariya, A., et al Basic study on effective thickness of corroded steel plate and material property in Annual conference of JSCE 2003 [7] Kaita, T., et al., Estimation of effective thickness of corroded steel plates for remaining strength prediction Asset Management & Maintenance Journal, 2011 24(3): p 38 [8] Kaita, T., et al., Analytical study on remaining compressive strength and ultimate behaviors for locally-corroded flanges Proc of EASEC-11, Taiwan, 2008 [9] Ahmmad, M.M and Y Sumi, Strength and deformability of corroded steel plates under quasi-static tensile load Journal of Marine Science and Technology, 2010 15(1): p 1-15 [10] Ok, D., Y Pu, and A Incecik, Computation of ultimate strength of locally corroded unstiffened plates under uniaxial compression Marine Structures, 2007 20(1–2): p 100-114 86 [11] Hệ, P.V., Một phương ph p đ nh gi chịu mỏi l i dàn cầu thép đường sắt cũ Việt Nam có xét t i ảnh hưởng ăn m n Viện Khoa h c K thuật Giao tông Vận tải, 1994: p 133 [12] Trinh, N.T.T., Nghiên cứu đ nh gi c c giải pháp chống ăn m n tiên tiến cho gối thép cơng trình cầu Việt Nam Tạp chí Giao thơng Vận tải, 2016 số 3: p [13] Park, K.C and G.M Stanley, A Curved C[sup 0] Shell Element Based on Assumed Natural-Coordinate Strains Journal of Applied Mechanics, 1986 53(2): p 278-290 [14] Stanley, G.M., Continuum-based shell elements 1985: Stanford University [15] Hughes, T.J.R and W.K Liu, Nonlinear finite element analysis of shells: Part I three-dimensional shells Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1981 26(3): p 331-362 [16] Shabana, A.A and A.P Christensen, Three-dimensional absolute nodal coordinate formulation: plate problem International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1997 40(15): p 2775-2790 [17] Shabana, A.A and A.M Mikkola, Modeling of Slope Discontinuities in Flexible Body Dynamics Using the Finite Element Method 2002(36223): p 559-566 [18] Nikravesh, P.E., R.A Wehage, and O.K Kwon, Euler Parameters in Computational Kinematics and Dynamics Part Journal of Mechanisms, Transmissions, and Automation in Design, 1985 107(3): p 358-365 [19] Shabana, A.A and A Mikkola Modeling of Slope Discontinuities in Flexible Body Dynamics Using the Finite Element Method [20] Crisfield, M.A., Non-Linear Finite Element Analysis of Solids and Structures, Essentials 1996: Wiley [21] Simo, J.C and T.J.R Hughes, Computational Inelasticity 2006: Springer New York [22] Jarasjarungkiat, A., R Wüchner, and K.U Bletzinger, Efficient sub-grid scale modeling of membrane wrinkling by a projection method Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2009 198(9–12): p 10971116 [23] Barber, J., Solid mechanics and its applications Elasticity, 2004: p 351-357 87 [24] Wilkins, M.L., Calculation of elastic-plastic flow 1963, California Univ Livermore Radiation Lab [25] Simo, J.C and R.L Taylor, Consistent tangent operators for rate-independent elastoplasticity Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1985 48(1): p 101-118 [26] Jun Kawaguchi, S.M., Toshikazu Sugimoto, Elasto-Plastic Behavior of Concrete-Filled Steel Tubular Frames Composite Construction in Steel and Concrete III, Buckner, C.D and Shahrooz, B M (eds.), Proceedings of the Engineering Foundation Conference, Irsee, Germany, June 9-14, 1996, American Society of Civil Engineers, New York, New York, 1996: p 272281 [27] Cornell, C.A., Bounds on the reliability of structural systems Journal of the Structural Division, 1967 93(1): p 171-200 [28] Cornell, C.A A probability-based structural code in Journal Proceedings 1969 [29] Liu, D., Behaviour of high strength rectangular concrete-filled steel hollow section columns under eccentric loading Thin-Walled Structures, 2004 42(12): p 1631-1644 [30] Mohammad, S and M.A Saadeghvaziri, State of the Art of Concrete-Filled Steel Tubular Columns Structural Journal 94(5) [31] Hajjar, J.F., Composite steel and concrete structural systems for seismic engineering Journal of Constructional Steel Research, 2002 58(5): p 703723 [32] Shanmugam, N.E and B Lakshmi, State of the art report on steel–concrete composite columns Journal of Constructional Steel Research, 2001 57(10): p 1041-1080 [33] Uy, B., Strength of short concrete filled high strength steel box columns Journal of Constructional Steel Research, 2001 57(2): p 113-134 [34] Gourley, B.C., et al., A synopsis of studies of the monotonic and cyclic behavior of concrete-filled steel tube members, connections, and frames 2008, Newmark Structural Engineering Laboratory University of Illinois at Urbana-Champaign [35] Nowak, A.S and K.R Collins, Reliability of structures 2012: CRC Press ... XÉT C A CÁC PH N BIỆN TRANG TÓM TẮT LU N VĂN NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG ĂN MỊN ỦA MỘT SỐ CƠNG TRÌNH CẦU ĐƢỜNG SẮT Ở MIỀN TRUNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC v ên: n Hoàng ậ ậ X Chuyên ngành: ng Mã... ã ăn 1g ã ăn 1g ã ăn 1g n ã n ăn g ã ăn 1g ã ăn 1g ã ăn 1g ã ăn 1g ã ăn 1g ã ăn 1g ã ăn 1g ã ăn n n n n n n n n n n n ƣ ăn ện ( = 774 ) 67 n ƣ ăn ện ( = 1548s) 67 n ƣ ăn ện ( = 1548 ) 68 n ƣ ăn. .. án ăn ăn ện ( =1 n 1g ã ăn 1g n n ƣ ăn ện ( =1 84 ) 70 n ƣ ăn n ã n n ăn 1g ã ăn n 1g ã ăn n 1g ã ăn n n vớ ĩn 1g ã ăn 1g ã ăn ăn n ăn n ) 70 n ện ( =1 161 ) 71 n ƣ ăn ện ( =1 238 ) 71 n n ƣ ăn