PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU CAO SU TRÊN CÁC CẦU Ở ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III VÀ ĐỀ RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN PHƯƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU CAO SU TRÊN CÁC CẦU Ở ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III VÀ ĐỀ RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN PHƯƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU CAO SU TRÊN CÁC CẦU Ở ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III VÀ ĐỀ RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông Mã số: 60 58 02 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN MỸ Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Văn Phương MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH CẦU TRÊN ĐỊA PHẬN CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III 1.1 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III 1.1.1 Thông tin chung 1.1.2 Các dạng hư hỏng, cố thường gặp: 1.1.3 Các nguyên nhân gây hư hỏng yếu tố làm xuống cấp cầu khai thác 1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐBIII 14 1.3 TỔNG QUAN GỐI CẦU 14 1.3.1 Khái niệm chung gối cầu .14 1.3.2 Cấu tạo gối cầu dầm bê tông cốt thép 15 1.3.3 Cấu tạo gối cầu dầm thép 17 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 19 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU SAO SU 21 2.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG GỐI CẦU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG HƯ HỎNG CỦA GỐI CẦU TỚI AN TỒN KHAI THÁC CHO CƠNG TRÌNH CẦU: 21 2.1.1 Các dạng hư hỏng gối cầu 21 2.1.2 Đánh giá ảnh hưởng hư hỏng gối cầu tới khả khai thác cầu 21 2.2 PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ GÂY HƯ HỎNG GỐI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 25 2.2.1 Phân tích yếu tố gây hư hỏng gối 25 2.2.2 Biện pháp khắc phục 25 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG II .26 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP SỬA CHỮA CÁC GỐI CẦU CAO SU BỊ HƯ HỎNG THUỘC CỤC QLĐB III 27 3.2 KẾT CẤU VÀ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG CỦA CẦU 27 3.2.1 Kết cấu nhịp 27 3.2.2 Kết cấu mố trụ cầu 30 3.2.3 Cấu tạo liên tục hóa nhịp dầm 42m thực theo trình tự sau 30 3.3 GIẢI PHÁP SỬA CHỮA GỐI CẦU 30 3.4 TỔ CHỨC THI CÔNG & ĐBGT TRONG Q TRÌNH THI CƠNG 31 3.4.1 Cơng tác kích nâng kết cấu nhịp cố định gối cấu thực theo trình tự sau .31 3.4.2 Công tác đảm bảo giao thông thời gian thi công .33 3.5 TÍNH TỐN TRONG QÚA TRÌNH NÂNG KẾT CẤU NHỊP ĐỂ THAY GỐI 33 3.5.1 Số liệu cầu 33 3.5.2 Vật liệu sử dụng 34 3.5.3 Tải trọng tính tốn .35 3.5.4 Tính toán nội lực dầm: 36 3.5.5 Kiểm toán mặt cắt .67 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) TÓM TẮT PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU CAO SU TRÊN CÁC CẦU Ở ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III VÀ ĐỀ RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC Học viên: Nguyễn Văn PhươngChuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng CTGT Mã số: 60580205 Khóa: K33 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Trong điều kiện kinh tế nước ta cịn nhiều khó khăn, để trì khả khai thác kéo dài tuổi thọ cẩu cần phải sửa chữa kịp thời hư hỏng cầu Các cầu địa Cục QLĐB III thời gian qua hư hỏng dạng truyền thống như: Nứt đáy mặt cầu, dầm chủ bị nứt, tăng cường bị nứt vỡ, bê tông nhựa mặt cầu hai đầu cầu bị bị nứt rạn mai rùa, khe co giãn bị hư hỏng, xói lỡ mố trụ cầu… Đặt biệt năm trở lại từ năm 2014-2017 số cầu lớn địa bàn xuất tịnh trạng gối cầu cao su bị dịch chuyển lớn có số gối dịch chuyển khỏi đá kê gối, số gối cao su bị lún bẹp nứt cao su… Vì vậy, việc phân tích tìm ngun nhân gây hư hỏng gối cầu cao su đề giải pháp khắc phục vấn đề cần giải để tăng hiệu qủa sửa chữa cầu góp phần hạn chế hư hỏng gối cầu trình khai thác nhằm trì khả khai thác, kéo dài tuổi thọ cơng trình Từ khóa: gối cầu, hư hỏng gối cầu cao su ANALYZE AND EVALUATE THE CAUSES OF DAMAGE TO RUBBER BEARING PAD ON BRIDGES UNDER MANAGEMENT OF THE ROAD ADMINISTRATION III AND SOLUTION PROPOSAL Abstract: In the difficulties of our country’s economics, in ordet to maintain and extend the lifespan of bridges, timely check and repair the damage of bridges should be taken into account In recent years, most of bridges under the management of Road Technical Center III has been exploit such as: cracked bridge deck slap, cracked master girder, cracked and broken reinforcement deck plate, bitum concrete on deck plate and on two appoaching road has been cracked in shape of tortois’ shell, damaged expansion joint, erosion in abutment and piers… Especially, in the last 03 years from 2014 – 2017, some large bridges in the area have shown with huge movement in rubber bearing pad, there are some bearing pad has been moved out of bearing seat, some rubber bearing pads have sunk and rubber has cracked… Therefore, the analysis of reasons for the damage of rubber bearing pad as well as bring out solution to this problem, which could increase the efficiency of the process of using the bridge and attribute to the longevity of the construction, is urgent Key words: bearing pad; damaged rubber bearing pad DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng 2.1 Giá trị chuyển vị cưỡng 2.2 Kết tính tốn với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn Kết tính tốn với trường hợp cầu dầm Super-T giản 2.3 đơn 3.1 Kích thước dầm chủ 3.2 Tổng hợp đặc trưng hình học mặt cắt ngun dầm 3.3 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt L/2 3.4 Tọa độ cáp dự ứng lực mặt cắt L 3.5 Đặc trưng hình học mặt cắt L/2 xét tới lỗ ống gen 3.6 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt L/2 3.7 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt L/2 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt L/2 giai đoạn 3.8 khai thác 3.9 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt B-B 3.10 Tọa độ cáp dự ứng lực mặt cắt B-B 3.11 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt B-B 3.12 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt B-B Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn 3.13 khai thác 3.14 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt C-C 3.15 Tọa độ cáp dự ứng lực mặt cắt C-C 3.16 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt C-C 3.17 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt C-C Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn 3.18 khai thác 3.19 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt D-D 3.20 Tọa độ cáp dự ứng lực mặt cắt D-D 3.21 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt D-D 3.22 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt D-D Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn 3.23 khai thác 3.24 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt E-E 3.25 Tọa độ cáp dự ứng lực mặt cắt E-E 3.26 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt E-E Trang 22 24 24 36 36 38 38 38 39 39 40 42 42 43 44 44 46 46 47 48 48 50 50 51 52 52 54 54 55 Số hiệu bảng Tên bảng 3.27 Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt E-E Kết tính đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn 3.28 khai thác 3.29 Kết tính đặc trưng đường ảnh hưởng 3.30 Kết tính trọng lượng tải trọng DC1 3.31 Kết tính nội lực tải trọng DC1 3.32 Kết tính nội lực tải trọng DC2 3.33 Tổng hợp nội lực lớp phủ tiện ích 3.34 Tổng hợp nội lực chuyển vị cưỡng gối cầu 3.35 Bảng MMƯS ma sát bố cáp 3.36 Bảng tổng hợp mát ứng suất ma sát mặt cắt 3.37 Mất mát ứng suất biến dạng neo Bảng MMƯS tự chùng cáp DƯL sau truyền 3.38 lực 3.39 Mất mát ứng suất biến dạng neo 3.40 Bảng MMƯS ma sát bố cáp 3.41 Bảng tổng hợp mát ứng suất ma sát mặt cắt Bảng tổng hợp lực nén cáp dự ứng lực mặt cắt 3.42 giai đoạn khai thác Tổng hợp ứng suất dự ứng lực dầm chủ thớ 3.43 thớ Tổng hợp ứng suất dự ứng lực mặt cầu thớ 3.44 thớ 3.45 Bảng kiểm toán ứng suất thớ 3.46 Bảng kiểm toán ứng suất thớ dầm 3.47 Bảng kiểm toán ứng suất thớ dầm Trang 56 56 58 58 58 59 60 60 61 61 62 63 64 64 64 65 68 68 68 69 69 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 Tên hình Hiện trạng cầu tuyến Quốc lộ CQLĐB III quản lý Gỉ đầu dầm thép cầu An Tân Km3+166, QL14G, TP Đà Nẵng Gỉ dầm ngang cầu Trà Quang Km1178+330.8, QL1A, tỉnh Bình Định Gỉ dầm thép cầu Xơi Km1340+369, đường Hồ Chí Minh Nứt mặt cầu cầu Đại Lãnh Km1369+117, QL1, tỉnh Khánh Hòa Vỡ bê tông lề hành cầu Ban Ngày Km69+319, QL19, tỉnh Gia Lai Nứt dầm cầu Trà Quang Km1178+330.8, QL1, tỉnh Bình Định Bong vỡ thấm nước mối nối dọc cầu Ông Vân Km1108+421 Đứt cáp DƯL ngang cầu Nam Ơ cũ Km917+198, QL1, Đà Nẵng Xói lỡ nón mố cầu Trị Yên Km957+087 QL1, Quảng Nam Hư hỏng mặt cầu Nam Ô Km917+198, QL1, Đà Nẵng Hư hỏng khe co giãn cầu Quy Thuận Km1126+601, QL1 Chuyển vị gối cầu cầu Câu Lâu Km953+340, QL1, tỉnh Quảng Nam Nứt BT bọc trụ cầu Đại Lãnh, Km1369+117, QL1, tỉnh Khánh Hòa Sơ đồ làm việc gối cầu Cấu tạo gối thép kiểu phẳng dùng cầu bê tông cốt thép Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng cầu bê tông cốt thép Cấu tạo gối lăn thép gối cao su dùng cầu bê tông cốt thép Cấu tạo gối cầu Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng cầu thép Cấu tạo gối di động lăn thép gối quay hình quạt dùng cầu thép Trang 4 5 6 7 8 9 14 15 16 16 17 17 18 Số hiệu hình 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 Tên hình Trang Thông số cầu dầm hộp giản đơn Thông số cầu dầm Super-T giản đơn Mơ hình tính tốn Kết tính tốn với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn Kết tính tốn với trường hợp cầu dầm Super-T giản đơn Cắt ngang cầu Gối cầu bị tụt phần so với đá kê gối Gối cầu bị tụt khỏi đá kê gối Các mặt cắt tính toán Chi tiết mặt cắt dầm chủ mặt cắt L/2 Chi tiết mặt cắt dầm chủ mặt cắt B-B Chi tiết mặt cắt dầm chủ mặt cắt C-C Chi tiết mặt cắt dầm chủ mặt cắt D-D Chi tiết mặt cắt dầm chủ mặt cắt E-E Tính đường ảnh hưởng mặt cắt Biểu đồ mô men Biểu đồ lực cắt Biểu đồ mô men 22 22 23 23 24 28 29 29 36 37 41 45 49 53 57 59 59 60 68 Fpe: Lực nén cáp dự ứng lực A : Diện tích mặt cắt I : Momen quán tính mặt cắt eps: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép dự ứng lực đến trục trung ḥòa yt: Khoảng cách trục trung hòa đến thớ dầm yb: Khoảng cách trục trung hòa đến thớ dầm Bảng 3.43 Tổng hợp ứng suất dự ứng lực dầm chủ thớ thớ A I yt yb Fpe eps σpetd σpedd Mặt cắt m2 m4 m m KN m KN/m2 KN/m2 A 0,74 0,32 0,97 0,93 6647,45 0,79 -7250,04 24546,81 B 0,74 0,30 0,96 0,94 6743,20 0,51 -1712,24 19732,71 C 0,74 0,30 0,94 0,96 6775,13 0,22 4377,84 13922,03 D 1,21 0,36 0,93 0,97 6775,14 0,02 5340,00 5917,60 E 1,21 0,36 0,93 0,97 6775,15 -0,08 6966,01 4206,35 (-) ứng suất kéo, (+) ứng suất nén 3.5.5.2 Ứng suất dầm mặt cầu cốt thép dự ứng lực mặt cầu: Bảng 3.44 Tổng hợp ứng suất dự ứng lực mặt cầu thớ thớ A I yt yb Fpe eps σpetd σpedd Mặt cắt m2 m4 m m KN m KN/m2 KN/m2 C 1,15 0,58 0,78 1,32 1531,64 -0,73 2807,42 -1184,68 D 1,61 0,68 0,87 1,23 1531,64 -0,82 2543,94 -1304,98 E 1,61 0,68 0,87 1,23 1531,65 -0,82 2540,20 -1307,68 3.5.5.3 Kiểm toán ứng suất bê tông khai thác: a Do tác động DƯL tải trọng thường xuyên: - Ứng suất thớ bản: σ1β =Μ∆Ω∗ψτβ/Ιλη - Ứng suất thớ dầm: σ1τδ =(Μ∆Χ1+Μ∆Χ2)ψτ/Ι +Μ∆Ω∗ψτ/Ιλη + σπετδ Trong đó: Đặc trưng hình học xét với tiết diện, liên hợp chưa liên hợp Tính với tiết diện yt yb phải tính tưng ứng tiết diện Bảng 3.45 Bảng kiểm toán ứng suất thớ 69 Mặt cắt MDW MDc2 CB Ilh yt yb ytb KN.m KN.m KN.m m4 m m m σ1b Kiểm tra Kiểm tra KN/m2 ƯS nén ƯS kéo A 419,32 -1,88 0,62 0,59 1,31 0,79 535,94 OK OK B 79,38 325,51 0,60 0,58 1,32 0,78 530,56 OK OK C -324,29 -225,75 481,42 0,58 0,58 1,32 0,78 2716,38 OK OK D -641,38 -592,82 574,96 0,68 0,67 1,23 0,87 1706,91 OK OK E -883,97 -915,83 637,32 0,68 0,67 1,23 0,87 1064,43 OK OK (các mặt cắt, thớ bê tông đỉnh mặt cầu chịu nén nhỏ cường độ chịu nén bê tơng) Bảng 3.46 Bảng kiểm tốn ứng suất thớ dầm MDW MDc2 MDc3 Ilh yt yb Kiểm tra Kiểm tra σ1b Mặt cắt KN.m KN.m KN.m m4 m m KN/m2 ƯS nén ƯS kéo A 4120,72 323,15 729,19 0,32 0,97 0,93 9008,77 OK OK B 3863,17 95,80 103,42 0,30 0,96 0,94 11454,15 OK OK C 3090,54 -225,75 -588,10 0,30 0,94 0,96 15125,55 OK OK D 1802,81 -592,82 -1016,80 0,36 0,93 0,97 9333,92 OK OK E 0,00 -915,83 -1302,60 0,36 0,93 0,97 5072,43 OK OK (Tại mặt cắt, thớ bê tơng đỉnh dầm chủ có ứng suất nén nhỏ cường độ chịu nén bê tông) Mặt cắt A MDW Bảng 3.47 Bảng kiểm toán ứng suất thớ dầm MDc2 MDc3 Ilh yt yb Kiểm tra Kiểm tra σ1b KN.m KN.m 4120,72 729,19 KN.m m4 m m KN/m2 ƯS nén ƯS kéo OK 729.19 0,32 0,97 0,93 8383.20 OK B 3863,17 103,42 103.42 0,30 0,96 0,94 6220.9 OK OK C 3090,54 -588,10 -588.1 0,30 0,94 0,96 4500.4 OK OK D 1802,81 -1016,80 0,36 0,93 0,97 3317.7 OK OK 1016.8 E 0,00 -1302,60 0,36 0,93 0,97 8153.6 OK OK 1302.6 (Tại mặt cắt, bê tông đáy dầm chủ vấn chịu nén nhỏ cường độ chịu nén bê tông dầm chủ) 70 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương dẫn chứng cầu hư hỏng gối địa bàn Cục III mà cụ thể cầu Đà Rằng Km1335+544, QL1 tỉnh Phú Yên giải pháp sửa chữa gối bị bẹp, xoay, dịch chuyển khỏi đá kê gối kích kết cấu nhịp lên thay gối đưa gối vị trí cũ đồng thời bổ sung khung định vị gối, chương kểm tốn kích kết cấu nhịp cầu lên 1.5cm nội lực dầm liên tục nhiệt có xuất nội lực bất lợi gây hư hỏng kết cấu nhịp không Kết kích kết cấu nhịp lên 1.5cm để sửa gối cầu nội lực kết cấu nhịp nằm giới hạn hạn cho phép 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Hư hỏng gối cầu cao su cầu lớn địa bàn Cục QLĐB III xuất phổ biến từ năm 2014 đến nay, bao gồm nhiều nguyên nhân, nguyên nhân phần đá kê gối thi công không đảm bảo (bệ nghiêng lệch) làm giảm diện tiếp xúc dẫn đến ma sát đá kê gối với gối cầu giảm, tác dụng hoạt tải truyền xuống làm cho gối cầu bị dịch chuyển hoạt xoay Nguyên nhân làm gối cầu bị dịch chuyển khỏi đá kê gối dầm BTCT dự ứng lực có độ vồng nên hoạt tải kết cấu nhịp làm dầm võng xuống (dầm duỗi ra), lúc khơng có hoạt tải dầm trở lại trạng thái vồng ban đầu (dầm co lại) nên việc duỗi ra, co lại dầm làm cho gối cầu dịch chuyển khỏi đá kê gối Tình trạng xe tải chạy cầu gây phản lực truyền xuống gối lớn vượt qua giá trị thiết kế xe hãm phanh tạo lực đẩy dịch chuyển gối lớn gây hư hỏng gối chế dịch chuyển gối Công tác tu bảo dưỡng không đảm bảo yếu tố gây hư hỏng gối cầu - Trong luận văn tác giả đề giải pháp sửa chữa gối cầu cao su bị bẹp, xoay, dịch chuyển khỏi đá kê gối cầu Đà Rằng Km1335+544, QL1 tỉnh Phù Yên (hiện Cục QLĐB III quản lý khai thác) cách kích kết cấu nhịp lên thay gối đưa gối vị trí cũ đồng thời bổ sung khung định vị gối Kiến nghị Để hạn chế hư hỏng gối cầu cao su tuyến QL1 thuộc địa bàn Cục quản lý đường III quản lý luận văn có số kiến nghị sau: - Công tác tu bảo dưỡng cần phải thực thường xuyện, kịp thời sửa chữa hư hỏng nhỏ tránh gây hư hỏng lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng tới kết cấu; - Có biện pháp ngăn chặn tình trạng xe qúa tải lưu thông qua cầu DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] 22TCN 243-98: Quy trình kiểm định cầu đường tơ [2] 22TCN 18-79: Quy trình Thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn [3] Lều Thọ Trình, Cơ học kết cấu tập 1: Hệ tĩnh định Hà Nội: Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 [4] ThS Mạc Văn Hà - Trường Đại học Giao thông Vận tải “Ảnh hưởng hư hỏng khe co giãn, gối cầu mặt cầu đến an tồn khai thác cơng trình cầu đường Việt Nam.” [5] TCVN 4453-1995 Kết cấu bê tơng bê tơng cốt thép tồn khối Quy phạm thi công nghiệm thu [6] Nguồn Internet; Tiếng Anh [7] ASTM D 4014, Standard Specification for Plain and Steel-Laminated Elastomeric Bearings for Bridges [8] AASHTO M 251-06, Standard Specification for Plain and Laminated Elastomeric Bridge Bearings