Nghiên cứu gia cường kết cấu nhịp cầu sông re ii bằng hệ cáp dự ứng lực căng ngoài

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN HỔ NGHIÊN CỨU GIA CƢỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU SÔNG RE II BẰNG HỆ CÁP DỰ ỨNG LỰC CĂNG NGOÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN HỔ NGHIÊN CỨU GIA CƢỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU SÔNG RE II BẰNG HỆ CÁP DỰ ỨNG LỰC CĂNG NGOÀI Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật XDCT giao thông : 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TOẢN Đà Nẵng - Năm 2018 i 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 Trần Văn Hổ ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii TÓM TẮC…………………………………………………………………………………v DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Bố cục luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƢỜNG CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 GIA CƢỜNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP TĂNG CƢỜNG TIẾT DIỆN 1.1.1 Nguyên tắc cấu tạo 1.1.2 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp tăng cƣờng tiết diện 1.2 GIA CƢỜNG CẦU BẰNG TẤM POLYMER CỐT SỢI CACBON (FRP) 1.2.1 Quá trình phát triển vật liệu FRP 1.2.2 Vật liệu 1.2.3 Các đặc trƣng học vật liệu FRP 1.3 GIA CƢỜNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP CĂNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI 10 1.3.1 Sơ lƣợc cơng nghệ dự ứng lực ngồi 10 1.3.2 Khái niệm dự ứng lực 11 1.3.3 Phạm vi ứng dụng 11 1.3.4 Các hình thức bố trí cáp DUL ngồi 12 1.3.5 Các giả thiết tính toán cấu tạo 14 1.3.6 Các hình thức cấu tạo bố trí cáp ngồi dọc cầu 14 1.4 ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CƠNG TRÌNH CẦU TRƢỚC KHI TĂNG CƢỜNG SỬA CHỮA 18 1.5 CƠNG NGHỆ THI CƠNG DỰ ỨNG LỰC NGỒI 19 1.5.1 Những yêu cầu chung 19 1.5.2 Những vấn đề cần ý sửa chữa DUL 19 1.6 TIÊU CHUẨN VỀ VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG THI CÔNG 22 iii 1.7 PHÂN TÍCH ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP GIA CƢỜNG: 24 1.8 KẾT LUẬN CHƢƠNG 25 CHƢƠNG HIỆN TRẠNG VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIA CƢỜNG CẦU SƠNG RE II 26 2.1 HIỆN TRẠNG CẦU SÔNG RE II: 26 2.1.1 Kết cấu phần 27 2.1.2 Kết cấu phần dƣới: 28 2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BTCT ỨNG SUẤT TRƢỚC VÀ DẦM BTCT GIA CƢỜNG BẰNG CÁP DUL NGOÀI: 30 2.2.1 Nguyên lý BTCT DUL [9]: 30 2.2.2 Nguyên lý làm việc 32 2.2.3 Ứng xử dầm giản đơn BTCT DUL [10]: 35 2.3 LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIA CƢỜNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGỒI 36 2.3.1 Kiểm tốn cƣờng độ uốn 36 2.3.2 Kiểm toán theo điều kiện sức kháng cắt 38 2.3.3 Tính tốn mát ứng suất 38 2.4 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CÁP DUL NGOÀI 40 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 41 CHƢƠNG TÍNH TỐN GIA CƢỜNG KẾT CẤU NGHỊP CẦU SÔNG RE II BẰNG HỆ CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI 42 3.1 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 42 3.2 TÍNH TỐN NỘI LỰC CỦA CẦU DƢỚI TÁC DỤNG CỦA HL93 43 3.2.1 Các tải trọng tác dụng lên dầm cầu 43 3.2.2 Tính hệ số phân bố hoạt tải theo làn: 45 3.2.3 Các hệ số tải trọng [1]: 47 3.2.4 Tính tốn nộ lực tiết diện dầm: 48 3.2.5 Tổ hợp nội lực 54 3.2.6 Kiểm tra sức kháng uốn dầm theo TTGH CĐ trƣớc gia cƣờng 56 3.2.7 Tính tốn kiểm tra ứng suất dầm tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải: 58 3.3 TÍNH TỐN GIA CƢỜNG DẦM BẰNG CĂNG CÁP DUL: 59 3.3.1 Chọn sơ đồ thông số vật liệu: 59 3.3.2 Tính tốn lực căng cáp nội lực dầm sau căng cáp: 60 3.3.3 Kiểm tra sức kháng uốn dầm TTGH CĐ sau gia cƣờng: 61 3.3.4 Tính tốn kiểm tra ứng suất dầm tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp sau gia cƣờng: 63 iv 3.3.5 Tính tốn kiểm tra ứng suất dầm tổ hợp sử dụng tĩnh tải lực căng cáp sau gia cƣờng: 65 3.3.6 Tính tốn kiểm tra ứng suất dầm tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất: 66 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG: 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (bản sao) v TÓM TẮC NGHIÊN CỨU GIA CƢỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU SÔNG RE II BẰNG HỆ CÁP DỰ ỨNG LỰC CĂNG NGOÀI Học viên: Trần Văn Hổ Chun nghành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Khóa: K32 Trƣờng Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắc: Ở nƣớc ta số lƣợng cầu bê tông cốt thép cũ nhiều, chúng đem lại giá trị to lớn kinh tế giao thông vận tải Tuy nhiên, nhiều nguyên nhân khác nhau, nhiều cầu có dấu hiệu suy giảm lực chịu tải nhƣ không đáp ứng đƣợc nhu cầu giao thông với tải trọng yêu cầu cao Do đó, cần phải có biện pháp gia cƣờng để nâng cao lực chịu tải nhằm trì khả phục vụ chúng Trong có cầu Sơng Re II xuống cấp không đáp ứng đƣợc yêu cầu khai thác Dựa số liệu khảo nghiệm số liệu thu thập từ hồ sơ thực tế, tác giả đề xuất chọn biện pháp gia cƣờng hệ cáp dự ứng lực căng ngồi để tính tốn gia cƣờng kết cấu nhịp cầu Sơng Re II Theo kết tính tốn, tác giả xác định đƣợc cƣờng độ thiếu gia cƣờng thêm hai tao cáp tăng cƣờng Sau gia cƣờng kết cấu đảm bảo khả chịu lực theo trạng thái giới hạn cƣờng độ trạng thái giới hạn sử dụng Từ khóa : Gia cƣờng cầu; cáp dự ứng lực ngoài; sửa chữa cầu; kiểm định cầu RESEARCH IN STRENGTHENING STRUCTURE OF RE II BRIDGE WITH GENERATION EXTERNAL POST-TENSIONING CABLE Abstract: In Vietnam, the number of old reinforced concrete bridges is very high, which will bring enormous economic and transportation benefits However, due to many reasons, many bridges had signs of weaker and can not meet the traffic with higher load requirements Therefore, we need reinforcement measures to improve the load capacity Currently, the Re II bridge has been degraded and can not meet the current demand Based on surveys data and data collected from the records, the author proposed and selected measures reinforced by prestressed external tension cable system to calculate structural reinforced bridge the Song Re II bridge According to the calculation results, the author has identified the missing strength and strengthen two additional cables After reinforcing the structure to ensure the bearing capacity under the status of limit state and service ability limit state Key words: reinforcement; external post-tensioning cable; bridge repair; Demand testing vi DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT BTCT : Bê tông cốt thép ĐBVN : Đƣờng Việt Nam BT : Bê tông TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCN : Tiêu chuẩn ngành DUL : Dự ứng lực FRP : Fiber Reinforcel Polymer CĐC : Cƣờng độ cao TTGH CĐ : Trạng thái giới hạn cƣờng độ DC : Tĩnh tải giai đoạn DW : Tĩnh tải giai đoạn LL : Hoạt tải xe HL93 PL : Hoạt tải ngƣời vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Bảng 1.1: Bảng 1.2: Bảng 1.3: Bảng 1.4: Bảng 3.1: Bảng 3.2: Bảng 3.3: Bảng 3.4: Bảng 3.5: Bảng 3.6: Bảng 3.7: Bảng 3.8: Bảng 3.9: Bảng 3.10: Bảng 3.11: Bảng 3.12: Bảng 3.13: Bảng 3.14: Bảng 3.15: Bảng 3.16: Bảng 3.17: Bảng 3.18: Bảng 3.19: Bảng 3.20: Bảng 3.21: Bảng 3.22: Tên bảng Thể tính chất học khác loại chất (Coker 2003) Một số đặc trƣng tiêu biểu hệ thống sợi FRP Một số đặc trƣng tiêu biểu sản phẩm FRP Hệ số giãn nở nhiệt theo phƣơng vật liệu FRP (theo Mallic 1998) Bảng tổng hợp tĩnh tải dầm Bảng hệ số phân bố hoạt tải ngƣời Bảng hệ số tải trọng Bảng tổng hợp giá trị nội lực mômen mặt cắt Bảng tổng hợp giá trị nội lực lực cắt mặt cắt Bảng tổng hợp nội lực dầm chủ Bảng tính tốn giá trị mơmen kháng uốn danh định Bảng kiểm tra sức kháng uốn dầm Bảng kết tính tốn ứng suất tĩnh tải + hoạt tải Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải Bảng kiểm tra ứng suất biên dƣới tĩnh tải + hoạt tải Bảng kết mô men căng cáp Bảng mô men tổng cộng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp Bảng mô men tổng cộng tĩnh tải lực căng cáp Bảng tính sức kháng uốn dầm sau gia cƣờng Bảng kiểm tra sức kháng uốn dầm sau gia cƣờng Bảng so sánh sức kháng uốn tính tốn dầm trƣớc sau gia cƣờng Bảng tính toán ứng suất dầm tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp sau gia cƣờng Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp sau gia cƣờng Bảng kiểm tra ứng suất biên dƣới tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp sau gia cƣờng Bảng so sánh ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp trƣớc sau gia cƣờng Bảng so sánh ứng suất biên dƣới tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp trƣớc sau gia cƣờng Trang 9 44 47 47 49 53 55 57 58 59 59 59 60 61 61 62 63 63 64 64 64 65 65 viii Bảng 3.23: Bảng 3.24: Bảng 3.25: Bảng 3.26: Bảng 3.27: Bảng 3.28: Bảng 3.29: Bảng 3.30: Bảng 3.31: Bảng 3.32: Bảng 3.33: Bảng 3.34: Bảng 3.35: Bảng tính tốn ứng suất dầm tĩnh tải lực căng cáp sau gia cƣờng Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải lực căng cáp sau gia cƣờng Bảng kiểm tra ứng suất biên dƣới tĩnh tải lực căng cáp sau gia cƣờng Bảng kết tính tốn mát ứng suất ma sát Bảng kết tính tốn mát ứng suất thiết bị neo Bảng kết tính tốn mát ứng suất tự chùng cốt thép Bảng tổng hợp kết tính tốn mát ứng suất Bảng kết tính tốn lực kéo cáp sau trừ tổng mát ứng suất Bảng tính tốn ứng suất dầm tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất Bảng kiểm tra ứng suất biên dƣới tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất Bảng so sánh ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất trƣớc sau gia cƣờng Bảng so sánh ứng suất biên dƣới tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất trƣớc sau gia cƣờng 66 66 66 66 66 67 67 67 68 68 68 68 68 58 Bảng 3.8: Bảng kiểm tra sức kháng uốn dầm Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 Cách gối 0,8m Mn (kN.m) 933,18 0,90 539,86 966,60 933,18 0,90 539,86 679,20 933,18 0,90 539,86 064,65 270,65 0,90 943,58 816,94 474,93 0,90 227,44 625,44  Mr (kN.m) Mu (kN.m) Kết luận Không đạt Không đạt Đạt Đạt Đạt Thiếu (%) 11 - Qua bảng kết kiểm tra bảng 3.8 ta thấy vị trí L/2 3L/8 sức kháng Momen dầm khơng đạt, thiếu 11% 4% 3.2.7 Tính tốn kiểm tra ứng suất dầm tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải: Điều kiện kiểm tra ứng suất: f < [f] ' Với: - Ứng suất nén cho phép [fn] = 0,45 f c = 13,50 (MPa) ' - Ứng suất kéo cho phép [fk] = 0,63 f c = 3,45 (MPa) Hình 3.24: Sơ đồ tính ứng suất dầm - Ứng suất biên đƣợc tính theo cơng thức: f tt  (3.9) MSD y t J - Ứng suất biên dƣới đƣợc tính theo cơng thức: f dt  Trong đó: MSD y d J (3.10) - MSD mô men tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải (N.mm) 59 - yt khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến thớ chịu nén (mm) - yd khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến thớ chịu kéo dƣới (mm) - J mơ men qn tính tiết diện (mm4) Bảng 3.9: Bảng kết tính tốn ứng suất tĩnh tải + hoạt tải Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m ftt (MPa) -4,68 -4,33 -3,61 -2,13 -0,73 ftd (MPa) 10,02 9,28 7,72 4,57 1,57 - Kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải: Bảng 3.10: Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m [fn] (MPa) 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 ftt (MPa) -4,68 -4,33 -3,61 -2,13 -0,73 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất biên dƣới tĩnh tải + hoạt tải: Bảng 3.11: Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m [fk] (MPa) 3,45 3,.45 3,45 3,45 3,45 t f d (MPa) 10,02 9,28 7,72 4,57 1,57 Kết luận Không đạt Không đạt Không đạt Không đạt Đạt Vƣợt (%) 66 63 55 25 Qua bảng kết kểm tra (3.10), (3.11) ta thấy ứng suất biên nằm giới hạn cho phép, ứng suất biên dƣới vƣợt qua ứng suất cho phép mặt cắt L/2 (66%), 3L/8 (63%), L/4 (55%), L/8 (25%) * Nhận xét chung: Nhƣ qua kết kiểm tra sức kháng uốn ứng suất dầm ta thấy cầu không đủ khả chịu tải trọng hoạt tải HL93 đồn ngƣời 3.3 TÍNH TỐN GIA CƢỜNG DẦM BẰNG CĂNG CÁP DUL: 3.3.1 Chọn sơ đồ thông số vật liệu: Chọn sơ đồ căng cáp nhƣ sau: 60 Hình 3.25: Sơ đồ căng cáp DUL ngồi Cáp DUL ngồi đƣợc căng dầm bó đối xứng qua tim dầm Mỗi bó cáp gồm 01 tao 15,2 mm theo tiêu chuẩn ASTM A416-85 Cấp 270 Diện tích tao cáp: 182 mm2 Diện tích hai bó cáp đối xứng: 364 mm2 Cƣờng độ chịu kéo cáp: fpu = 1860 MPa fpy = fps = 0,85fpu = 1581 MPa Mô đun đần hồi cáp: Ep = 197000 Mpa Góc cáp chuyển hƣớng: α = 70 , α = 0,122 rad, cosα = 0,99 3.3.2 Tính tốn lực căng cáp nội lực dầm sau căng cáp: Mô men uốn nhịp toàn tĩnh tải hoạt tải xác định mục 3.2.5: Mu = 966,60 kN.m Mô men kháng uốn nhịp toàn tĩnh tải hoạt tải xác định mục 3.2.6: Mr = 539,86 kN.m Mơ men kháng uốn cịn thiếu nhịp: Mrt = Mu – Mr = 426,73 kN.m Lực căng cáp: PPS = M rt cos  e L/2 426,73 = 0,99.1,32 = 325,71 kN Chọn 02 bó cáp 07 sợi Φ5 có: Ap = 2.182 = 364 mm2 Ppy = 364.1581 = 575,484.103 N => Lực căng Pps = 500 kN  Chọn lực căng khống chế: Pps = 500 kN Mô men dầm vị trí đƣợc tính nhƣ sau: MPS = Pps.cosα.ei (3.11) ei độ lệch tâm cáp so với trục trung hịa Bảng 3.12: Bảng kết mơ men căng cáp Vị trí L/2 3L/8 L/4 L/8 Cách gối 0,8m ei (m) 1,32 0,97 0,65 0,32 0,1 MPS (kN.m) 660 485 325 160 50 61 Hình 3.26: Biểu đồ mơ men căng cáp Tính mơ men tổng cộng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp Bảng 3.13: Bảng mô men tổng cộng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp Vị trí L/2 3L/8 L/4 L/8 Cách gối 0,8m MTC (kN.m) 1965 1946 1698 1037 362 Tính mơ men tổng cộng tĩnh tải lực căng cáp Bảng 3.14: Bảng mô men tổng cộng tĩnh tải lực căng cáp Vị trí L/2 3L/8 L/4 L/8 Cách gối 0,8m MTTTC (kN.m) 359 446 439 286 102 Hình 3.27: Biểu đồ mô men tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp Hình 3.28: Biểu đồ mơ men tĩnh tải lực căng cáp 3.3.3 Kiểm tra sức kháng uốn dầm TTGH CĐ sau gia cƣờng: Hình 3.29: Sơ đồ tính sức kháng uốn dầm sau căng cáp DUL 62 - Sức kháng uốn danh định đƣợc tính theo cơng thức: a a a a h     Mn  Aps f ps  d p    As f y  ds    As' f y'  d 's    0.85f c' (b  b w )1h f   f  2 2 2    2  (3.12) Aps: Diện tích thép DUL (mm ) fps: Ứng suất trung bình cốt thép DUL sức kháng uốn danh định (Mpa) dp : Khoảng cách thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL (mm) As: Diện tích thép chịu kéo không DUL (mm2) fy: Giới hạn chảy quy định cốt thép (Mpa) ds : Khoảng cách thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không DUL (mm) d 's : Khoảng cách thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén khơng DUL (mm) A s' : Diện tích thép chịu nén (mm ) f y' : Giới hạn chảy quy định cốt thép chịu nén (Mpa) f c' : Cƣờng độ chịu nén quy định bê tông tuổi 28 ngày (Mpa) b : Bề rộng mặt chịu nén cấu kiện (mm) bw : Bề dày bụng (mm) β1 : Hệ số chuyển đổi biều đồ ứng suất, β1 = 0,65 -:- 0,85 β1 = 0,85 – 0,05(2/7) = 0,84 h1 : Chiều dày cánh chịu nén (mm) c : Khoảng cách từ trục trung hòa đến mặt chịu nén (mm) a = c.β1: Chiều dày khối ứng suất tƣơng đƣơng (mm) Bảng 3.15: Bảng tính sức kháng uốn dầm sau gia cường Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 Cách gối 0,8m Aps (mm2) fps (MPa) As (mm2) fy (MPa) ' A s (mm2) f'y (Mpa) dp (mm) ds (mm) ' d s (mm) f'c (Mpa) b (mm) 364 364 364 364 364 581 650,97 581 650,97 581 650,97 581 042,48 581 433,98 420 608,50 420 608,50 420 608,50 420 216,99 420 825,49 420 700 420 700 420 700 420 700 420 700 060 250 060 250 060 250 060 240 060 255 30 150 30 150 30 150 30 150 30 150 63 bw (mm) 150 150 150 150 150 β1 0,84 0,84 0,84 0,84 0,84 hf (mm) 100 100 100 100 100 c (mm) 553,64 553,64 553,64 105,77 50,85 a (mm) 462,69 462,69 462,69 88,39 42,50 Mns (kN.m) 577,92 577,92 577,92 191,63 373,18 - Kiểm tra sức kháng uốn dầm sau gia cƣờng Bảng 3.16: Bảng kiểm tra sức kháng uốn dầm sau gia cường Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 Cách gối 0,8m Mns (kN.m) 577,92 577,92 577,92 191,63 373,18  0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 Mrs (kN.m) 120,13 120,13 120,13 772,47 035,86 Mu (kN.m) 966,60 679,20 064,65 816,94 625,44 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt - Sau gia cƣờng sức kháng uốn dầm đạt kết nhƣ bảng sau: Bảng 3.17: Bảng so sánh sức kháng uốn tính tốn dầm trước sau gia cường Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 Cách gối 0,8m Mrt (kN.m) 539,86 539,86 539,86 943,58 227,44 Mrs (kN.m) 120,13 120,13 120,13 772,47 035,86 Tăng thêm 16 16 16 28 36 (%) 3.3.4 Tính tốn kiểm tra ứng suất dầm tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp sau gia cƣờng: Hình 3.30: Sơ đồ tính ứng suất dầm sau gia cường Ứng suất biên đƣợc tính theo cơng thức: f ts  MSD P P e TC y t  PS  PS i y t J A td J (3.13) 64 Ứng suất biên dƣới đƣợc tính theo cơng thức: f ds  Trong đó: MSD P P e TC y d  PS  PS i yd J A td J (3.14) SD - M TC mô men tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp (N.mm) - yt khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến thớ chịu nén sau căng cáp (mm) - yd khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến thớ chịu kéo dƣới sau căng cáp (mm) - J mô men quán tính tiết diện sau căng cáp (mm4) - PPS lực căng cáp (N) - Atd diện tích tiết diện (mm2) Bảng 3.18: Bảng tính tốn ứng suất dầm tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m s f t (MPa) -3,60 -3,84 -3,70 -2,96 -2,11 s f d (MPa) 2,40 2,93 2,68 1,13 -0,65 Kiểm tra ứng suất biên sau gia cƣờng: Bảng 3.19: Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m [fn] (MPa) 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 s f t (MPa) -3,60 -3,84 -3,70 -2,96 -2,11 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Kiểm tra ứng suất biên dƣới sau gia cƣờng: Bảng 3.20: Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m [fk] (MPa) 3,45 3,45 3,45 3,45 3,45 s f d (MPa) 2,40 2,93 2,68 1,13 -0,65 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt 65 So sánh ứng suất biên trƣớc sau gia cƣờng: Bảng 3.21: Bảng so sánh ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp trước sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m ftt (MPa) -4,68 -4,33 -3,61 -2,13 -0,73 fst -3,60 -3,84 -3,70 -2,96 -2,11 23 11 -3 -39 -187 (MPa) Giảm (%) So sánh ứng suất biên dƣới trƣớc sau gia cƣờng: Bảng 3.22: Bảng so sánh ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp trước sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m ftd (MPa) 10,02 9.,28 7,72 4,57 1,57 fsd (MPa) 2,40 2,93 2,68 1,13 -0,65 Giảm (%) 76 68 65 75 142 3.3.5 Tính tốn kiểm tra ứng suất dầm tổ hợp sử dụng tĩnh tải lực căng cáp sau gia cƣờng: Ứng suất biên đƣợc tính theo cơng thức: (3.15) M TT PPS PPS ei s TC y t ft  J  A td  J y t Ứng suất biên dƣới đƣợc tính theo công thức: M TT P P e TC y d f   PS  PS i yd J A td J s d Trong đó: (3.16) TT - M TC mô men tổ hợp sử dụng tĩnh tải lực căng cáp (N.mm) - yt khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến thớ chịu nén sau căng cáp (mm) - yd khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến thớ chịu kéo dƣới sau căng cáp (mm) - J mơ men qn tính tiết diện sau căng cáp (mm4) - PPS lực căng cáp (N) - Atd diện tích tiết diện (mm2) 66 Bảng 3.23: Bảng tính tốn ứng suất dầm tĩnh tải lực căng cáp sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m s f t (MPa) -1,19 -1,59 -1,82 -1,83 -1,72 s f d (MPa) -2,58 -1,77 -1,29 -1,25 -1,48 Kiểm tra ứng suất biên sau gia cƣờng: Bảng 3.24: Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải lực căng cáp sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m [fn] (MPa) 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 s f t (MPa) -1,19 -1,59 -1,82 -1,83 -1,72 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Kiểm tra ứng suất biên dƣới sau gia cƣờng: Bảng 3.25: Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải lực căng cáp sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m [fn] (MPa) 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 s f d (MPa) -2,58 -1,77 -1,29 -1,25 -1,48 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt 3.3.6 Tính toán kiểm tra ứng suất dầm tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất: * Tính toán mát ứng suất: - Mất mát ứng suất ma sát: Áp dụng cơng thức (2.10) tính đƣợc kết quả: Bảng 3.26: Bảng kết tính tốn mát ứng suất ma sát Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m ∆fpF (MPa) 32,856 32,856 32,856 32,856 32,856 - Mất mát ứng suất thiết bị neo: Áp dụng cơng thức (2.11) tính đƣợc kết quả: Bảng 3.27: Bảng kết tính tốn mát ứng suất thiết bị neo Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m ∆fpA (MPa) 1,918 1,918 1,918 1,918 1,918 67 - Mất mát ứng suất tự chùng cốt thép: Áp dụng cơng thức (2.17) tính đƣợc kết quả: Bảng 3.28: Bảng kết tính tốn mát ứng suất tự chùng cốt thép Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m ∆fpR (MPa) 61,278 ∆fpT (MPa) 96,052 PTC (N) 425,424 61,278 61,278 61,278 61,278 - Tổng hợp mát ứng suất: ∆fpT = ∆fpF + ∆fpF + ∆fpA (3.17) Bảng 3.29: Bảng tổng hợp kết tính tốn mát ứng suất Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m 96,052 96,052 96,052 96,052 * Tính lực kéo cáp sau trừ tổng mát ứng suất: Cơng thức tính: PTC = Aps.(0,8fpy - ∆fpT) (3.18) Bảng 3.30: Bảng kết tính tốn lực kéo cáp sau trừ tổng mát ứng suất Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m 425,424 425,424 425,424 425,424 * Kiểm tra ứng suất: Ứng suất biên đƣợc tính theo cơng thức: MSD P P e TC y t f   TC  TC i y t J A td J s t (3.19) Ứng suất biên dƣới đƣợc tính theo cơng thức: MSD P P e TC y d f   TC  TC i yd J A td J s d Trong đó: (3.20) SD - M TC mô men tổ hợp sử dụng tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp (N.mm) - yt khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến thớ chịu nén sau căng cáp (mm) - yd khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến thớ chịu kéo dƣới sau căng cáp (mm) - J mơ men qn tính tiết diện sau căng cáp (mm4) - PTC lực kéo cáp sau trừ tổng mát ứng suất (N) - Atd diện tích tiết diện (mm2) 68 Bảng 3.31: Bảng tính tốn ứng suất dầm tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m s f t (MPa) -3,51 -3,70 -3,53 -2,75 -1,88 s f d (MPa) 2,95 3,40 3,08 1,46 -0,39 Kiểm tra ứng suất biên sau gia cƣờng: Bảng 3.32: Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m [fn] (MPa) 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 s f t (MPa) -3,51 -3,70 -3,53 -2,75 -1,88 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Kiểm tra ứng suất biên dƣới sau gia cƣờng: Bảng 3.33: Bảng kiểm tra ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m [fk] (MPa) 3,45 3,45 3,45 3,45 3,45 s f d (MPa) 2,95 3,40 3,08 1,46 -0,39 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt So sánh ứng suất biên trƣớc sau gia cƣờng: Bảng 3.34: Bảng so sánh ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất trước sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m t f t (MPa) -4,68 -4,33 -3,61 -2,13 -0,73 s f t (MPa) -3,51 -3,70 -3,53 -2,75 -1,88 Giảm (%) 25 15 -29 -156 So sánh ứng suất biên dƣới trƣớc sau gia cƣờng: Bảng 3.35: Bảng so sánh ứng suất biên tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất trước sau gia cường Cách gối Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 L/8 0,8m ftd (MPa) 10,02 9,28 7,72 4,57 1,57 fsd (MPa) 2,95 3,40 3,08 1,46 -0,39 Giảm (%) 71 63 60 68 125 69 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG: Trong chƣơng 3, tính tốn lại khả chịu tải cầu Sơng Re II ứng với tải trọng thiết kế HL93, hệ số tính theo Tiêu chuẩn 22TCN-272-05 Việt Nam Qua kết tính tốn, sức kháng uốn cầu khơng đạt vị trí L/2 (thiếu 11%), vị trí 3L/8 thiếu (4%); Ứng suất biên dầm nằm giới hạn ứng suất cho phép, ứng suất biên dƣới dầm vƣợt qua ứng suất cho phép vị trí L/2 (66%), 3L/8 (63%), L/4 (55%), L/8 (25%) Sau chọn giải pháp tăng cƣờng 02 bó cáp 07 sợi Φ5 sức kháng uốn dầm tiết diện đạt; Ứng suất biên biên dƣới tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp nằm giới hạn ứng suất cho phép; Ứng suất biên biên dƣới tĩnh tải lực căng cáp nằm giới hạn ứng suất cho phép; Ứng suất biên biên dƣới tĩnh tải + hoạt tải lực căng cáp tính đến mát ứng suất nằm giới hạn ứng suất cho phép 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn tiến hành nghiên cứu gia cƣờng kết cấu nhịp cầu Sông Re II phƣơng pháp căng cáp dự ứng lực để đảm bảo khả chịu tải cầu thực tế khai thác Các kết đạt đƣợc luận văn bao gồm: - Nghiên cứu biện pháp gia cƣờng cho cầu BTCT ứng dụng biện pháp gia cƣờng kết cấu nhịp cầu Sông Re II hệ cáp DUL căng - Qua tính tốn phân tích kết cấu cầu Sơng Re II, để cầu Sông Re II khai thác đƣợc với hoạt tải HL93 cần phải gia cƣờng khả chịu tải cầu - Sau gia cƣờng kết cấu nhịp cầu Sông Re II hệ cáp dự ứng lực căng ngoài, kết cấu đảm bảo khả chịu lực theo trạng thái giới hạn cƣờng độ I, sức kháng uốn lớn vị trí nhịp tăng 16%, vị trí 3L/8 tăng 16%, vị trí L/4 tăng 16% Ứng suất biên biên dƣới dầm nằm giới hạn ứng suất cho phép Tuy nhiên luận văn số hạn chế: Luận văn chƣa sâu vào việc tính tốn thiết kế ụ neo, ụ chuyển hƣớng nhƣ biện pháp thi công cụ thể Hƣớng nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu tính tốn thiết kế ụ neo, ụ chuyển hƣớng cầu BTCT cáp DUL TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ GTVT (2005), 22TCN 272-05 - Tiêu chuẩn thiết kế cầu, Hà Nội [2] TS Phạm Văn Thoan, Quản lý – Kiểm định sửa chữa tăng cƣờng cầu, NXB Xây dựng, Hà Nội - 2013 [3] Chu Viết Bình – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Nguyễn Văn Nhậm, Kiểm định cầu, NXB Xây Dựng, Hà Nội - 2013 [4] GS.TS Lê Đình Tâm, Cầu bê tơng cốt thép đƣờng ô tô – tập 1, NXB Xây Dựng, Hà Nội - 2014 [5] PGS.TS Nguyễn Viết Trung, Công nghệ đại xây dựng cầu bê tông cốt thép, NXB Xây Dựng, Hà Nội - 2012 [6] GS.TS Nguyễn Viết Trung – PGS.TS Hoàng Hà – ThS Đào Duy Lâm, Các ví dụ tính tốn dầm cầu chữ I, T, Super-T bê tông cốt thép dự ứng lực theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, NXB Xây Dựng, Hà Nội – 2011 [7] GS.TS Nguyễn Viết Trung, Giáo trình khai thác, kiểm định, sửa chữa, tăng cƣờng cầu [8] Đặng Đình Minh, Thi cơng cốt thép dự ứng lực (Gia công lắp đặt cốt thép dự ứng lực), NXB Xây Dựng, Hà Nội – 2010 [9] ThS Tăng Văn Lâm, Bài giảng học phần: Bê tông cốt thép ứng lực trƣớc, Hà Nội T5– 2012 [10] http://www.xaydung.gov.vn/en/web/guest/thong-tin-r-lieu/-/tin-chitiet/ek4I/86/18859/xu-huong-gan-day-trong-ket-cau-be-tong-cot-thep-du-ung-luc-cosu-dung-cap-du-ung-luc-ngoai.html [11] http://www.tapchigiaothong.vn/danh-gia-hieu-qua-cua-cac-bien-phap-giacuong-suc-khang-uon-doi-voi-cau-be-tong-cot-thep-thuong-bang-ket-qua-thucnghiem-va-mo-phong-so-d28051.html ... đảm bảo giao thông thông suốt nên cần thiết phải có biện pháp gia cƣờng cầu Sơng Re II để trì khả phục vụ Đề tài ‘? ?Nghiên cứu gia cường kết cấu nhịp cầu Sông Re II hệ cáp dự ứng lực căng ngoài? ??’... ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (bản sao) v TÓM TẮC NGHIÊN CỨU GIA CƢỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU SÔNG RE II BẰNG HỆ CÁP DỰ ỨNG LỰC CĂNG NGOÀI Học viên: Trần Văn Hổ Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao... pháp gia cƣờng kết cấu nhịp cầu Sông Re II - Trong chƣơng nêu trạng nghiên cứu lý thuyết tính tốn gia cƣờng kết cấu nhịp cầu Sông Re II 26 CHƢƠNG HIỆN TRẠNG VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIA CƢỜNG CẦU SÔNG