Đánh giá năng lực chịu tải kết cấu nhịp cầu bêtông cốt thép thông qua khảo sát hiện trạng và đo chuyển vị dưới tác dụng của tải trọng xe

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ TRẦN NHƢ CHINH ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP THÔNG QUA KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG VÀ ĐO CHUYỂN VỊ DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ TRẦN NHƢ CHINH ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP THÔNG QUA KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG VÀ ĐO CHUYỂN VỊ DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS CAO VĂN LÂM Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Nhƣ Chinh TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP THÔNG QUA KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG VÀ ĐO CHUYỂN VỊ DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Học viên: Trần Nhƣ Chinh cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05; Khóa: Trƣờng: Đại học Bách Khoa K33.XGT.KH ĐHĐN - Tổng quan cơng tác quản lý cơng trình giao thơng hƣ hỏng phổ biến cơng trình cầu bê tơng cốt thép địa bàn tỉnh Khánh Hịa - Nghiên cứu phƣơng pháp đánh giá tải trọng cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng - Trên sở lý thuyết học để dự đoán lực căng cịn lại dầm bê tơng cốt thép dự ứng lực làm sở dự đoán sức chịu tải cầu Tiến hành thí nghiệm đo chuyển vị cầu dƣới tác dụng xe tải thí nghiệm, làm sở quan trọng cho việc dự đoán lực căng lại cáp dự ứng lực - Kiểm toán lại dầm để kết cấu đảm bảo khả chịu lực theo trạng thái giới hạn cƣờng độ I theo trạng thái giới hạn sử dụng CAPACITY ASSESSMENT TO DOWNLOAD THE STRUCTURE OF CONCRETE STEEL BRIDGE THROUGH THE CURRENT SITUATION AND MEASURE TRANSFER UNDER THE EFFICIENCY OF LOADING VEHICLES - Overview of traffic management and common damage of reinforced concrete bridge projects in Khanh Hoa province - Studying the method of assessing the load of demand by the coefficient of resistance and load factor - Based on mechanical theory to predict the remaining tension of prestressed reinforced concrete beams as a basis to predict the load capacity of the bridge Conduct a test to measure the displacement of the bridge under the effect of two experimental trucks, as an important basis for predicting the remaining tension of the prestressed cable - Re-audit beams to ensure structure bearing capacity according to the intensity limit state I and according to the state of limited use MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH KHÁNH HÒA .4 1.1 Tổng quan chung cơng trình giao thơng cơng tác quản lý cơng trình cầu Khánh Hịa 1.2.1 Hiện trạng cơng trình cầu địa bàn tỉnh Khánh Hòa 1.2.2 Những khó khăn, hạn chế cơng tác quản lý cơng trình giao thơng: .10 1.2 Tổng quan biện pháp đánh giá khả khai thác sử dụng cơng trình cầu BTCT địa bàn tỉnh Khánh Hòa 12 1.3 Những khó khăn cơng tác đánh giá khả chịu tải cầu 13 1.4 Mô tả hƣ hỏng trạng cầu Giăng Dây: 14 1.5 Mô tả trạng cầu Bãi Giếng .17 KẾT LUẬN CHƢƠNG 19 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CỦA CẦU BTCT, CẦU BTCT DƢL 20 2.1 Cơ sở đánh giá khả chịu tải kết cấu nhịp cầu dầm BTCT 20 2.1.1 Số liệu cần thiết để đánh giá cơng trình cầu: 20 2.1.2 Các phƣơng pháp đánh giá tải trọng cầu: 20 2.1.3 Các bƣớc đánh giá tải trọng theo hệ số tải trọng hệ số sức kháng: 21 2.1.4 Công thức đánh giá tải trọng: .23 2.1.5 Hiệu ứng tải trọng 25 2.2 Cơ sở lý thuyết xác định lực căng lại dầm cầu cũ BTCT DƢL .27 2.2.1 Xác định độ vồng cáp dự ứng lực dầm gây ra: (Theo lý thuyết) 29 2.2.2 Xác định độ võng cầu tĩnh tải gây .29 2.2.3 Tính tốn lực kéo cịn lại thực tế cáp DƢL: (Trƣờng hợp khơng có hoạt tải) .30 2.2.4 Xác định độ võng cầu có hoạt tải gây ra: 30 2.2.5 Tính tốn lực kéo lại thực tế cáp DƢL (Trƣờng hợp có hoạt tải) .31 2.3 Xác định chuyển vị kết cấu nhịp cầu tải trọng xe: .31 2.3.1 Mục đích việc thử tải đo chuyển vị kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép 31 2.3.1 Tổ chức xác định chuyển vị dầm chủ mặt cắt nhịp cầu Giăng Dây: .32 2.3.2 Xác định chuyển vị dầm chủ mặt cắt nhịp cầu Bãi Giếng 33 2.3.3 Kiểm tra cƣờng độ bê tông dầm chủ b ng phƣơng pháp kết hợp s ng bật n y siêu âm 38 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2: 37 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU GIĂNG DÂY VÀ CẦU BÃI GIẾNG 38 3.1 Đánh giá lực chịu tải kết cấu nhịp cầu Giăng Dây 38 3.1.1 Thông số kỹ thuật cầu Giăng Dây .38 3.1.2 Kích thƣớc đặc trƣng hình học mặt cắt dầm chủ vị trí nhịp: 38 3.1.3 Tính nội lực mặt cắt nhịp cầu Giăng Dây: 39 3.1.4 Tính tốn hệ số RF: 40 3.1.5 Kiểm toán sức kháng uốn dầm: .41 3.1.6 Kiểm toán chống nứt giai đoạn sử dụng .42 3.1.7 Kiểm toán độ võng dầm tác dụng hoạt tải HL93 43 3.2 Xác định lực căng lại dầm cầu Bãi Giếng .44 3.2.1 Thơng số kỹ thuật đặc trƣng hình học mặt cắt dầm chủ cầu Bãi Giếng: 44 3.2.2 Tổng hợp nội lực tải trọng khai thác cầu Bãi Giếng 45 3.2.3 Tính tốn lực căng cịn lại cáp DƢL 47 3.2.3.1 Tính mát ứng suất cáp DƢL 47 3.2.3.2 Độ vồng cáp dự ứng lực theo lý thuyết 48 3.2.3.3 Độ võng tĩnh tải 49 3.2.3.4 Tính tốn lực căng cịn lại thực tế cáp DƢL 49 3.2.3.5 Độ võng hoạt tải gây ra: .49 3.2.3.6 Tính tốn lực kéo cịn lại thực tế cáp DƢL (Trƣờng hợp có hoạt tải) .50 3.2.4 Kiểm tốn cầu với trạng thái giới hạn 50 3.2.4.1 Kiểm toán sức kháng uốn dầm vị trí nhịp 50 3.2.4.2 Kiểm toán ứng suất dầm .52 3.2.4.3 Kiểm toán độ võng dầm 55 KẾT LUẬN CHƢƠNG 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BTCT : Bê tông cốt thép BTCTDƢL : Bê tông cốt thép dự ứng lực DUL: Dự ứng lực TCN : Tiêu chu n ngành AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp hội viên chức giao thông đƣờng Hoa Kỳ) TCVN: Tiêu chu n Việt Nam TCN: Tiêu chu n ngành 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 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Bản đồ quy hoạch giao thơng tỉnh Khánh Hồ .5 Hình Cảnh quan cầu Trần Phú Hình Cầu Trần Phú bắc qua sơng Cái, Hình Cầu Bình Tân bắc qua sơng Qn Trƣờng Hình Tỷ lệ cầu yếu tuyến giao thơng tỉnh Khánh Hịa .8 Hình Hƣ hỏng dầm cầu bị bong tróc lớp bê tơng Hình Hƣ hỏng đầu dầm Hình Hƣ hỏng gối cầu Hình Hƣ hỏng trụ cầu Hình 10 Thân trụ bị nƣớc biển ăn mòn .9 Hình 11 Cơng trình giao thơng nơng thơn hƣ hỏng bão lũ tuyến ĐT652 11 Hình 12 Giao thơng ùn ứ cầu Trần Phú vào cao điểm 12 Hình 13 Những khó khăn cơng tác đánh giá cầu cũ 13 Hình 14 Mặt cắt ngang cầu Giăng Dây 14 Hình 15 Cầu Giăng Dây 15 Hình 16 Dầm biên lan can cầu Giăng Dây 16 Hình 17 Hiện trạng mố cầu Giăng Dây 16 Hình 18 Vị trí lý trình cầu Bãi Giếng .18 Hình 19 Hiện trạng mặt cầu Bãi Giếng 19 Hình 20 Khe co giãn cầu Bãi Giếng .19 Hình Xe chu n thực tế loại (a); loại 3S2 (b) loại 3-3 (c) .22 Hình 2 Tải trọng trục loại xe chu n (a), 3S2 (b) 3-3 (c) 22 Hình Các bƣớc đánh giá tải trọng theo hệ số tải trọng hệ số sức kháng: 23 Hình Sơ đồ xếp xe theo phƣơng dọc cầu .34 Hình Sơ đồ xếp tải ngang đ ng tâm .34 Hình Sơ đồ xếp tải lệch tâm 35 Hình Kiểm tra cƣờng độ bê tông b ng súng bật n y 35 Hình Xếp xe thử tải tĩnh, sơ đồ lệch tâm .35 Hình Xếp xe thử tải tĩnh, sơ đồ đ ng tâm 36 Hình 10 Đo độ võng dầm 36 Hình 11 Sơ đồ bố trí điểm đo độ võng 36 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Hệ số tình trạng kết cấu 24 Bảng 2 Hệ số hệ thống 24 Bảng Hệ số sức kháng 25 Bảng Hệ số tải trọng dùng đánh giá tải trọng .26 Bảng Hệ số tải trọng tải trọng hợp pháp 27 Bảng Kết đo độ võng dầm chủ cầu Giăng Dây 32 Bảng Kết đo chuyển vị hệ phân bố ngang cầu Bãi Giếng 37 Bảng Kết kiểm tra chất lƣợng bê tông 38 Bảng Kết kiểm tra cƣờng độ bề mặt bê tông 39 Bảng Đặc trƣng hình học cầu Giăng Dây 38 Bảng Nội lực tĩnh tải mặt cắt nhịp cầu Giăng Dây 39 Bảng 3 Nội lực hoạt tải mặt cắt nhịp cầu Giăng Dây 39 Bảng Đánh giá khả tải trọng cầu Giăng Dây .40 Bảng Thơng số tính cho mặt cắt nhịp cầu Giăng Dây 41 Bảng Thông số kỹ thuật cầu Bãi Giếng .44 Bảng Kích thƣớc dầm chủ cầu Bãi Giếng 45 Bảng Bố trí cáp DƢL cầu Bãi Giếng 45 Bảng Nội lực tĩnh tải dầm cầu Bãi Giếng 45 Bảng 10 Nội lực tĩnh tải dầm cầu Bãi Giếng .46 Bảng 11 Tổng hợp nội lực hoạt tải cầu Bãi Giếng .46 Bảng 12 Hệ số tải trọng hệ số điều chỉnh tải trọng 46 Bảng 13 Tổ hợp nội lực TTGHCĐ I dầm 46 Bảng 14 Tổ hợp nội lực TTGHCĐ I dầm 47 Bảng 15 Tổ hợp nội lực TTGHSD dầm 47 Bảng 16 Tổ hợp nội lực TTGHSD dầm 47 Bảng 17 Tổng hợp mát ứng suất cáp DƢL cầu Bãi Giếng 48 Bảng 18 Kiểm toán ứng suất dầm 53 Bảng 19 Kiểm tốn ứng suất dầm ngồi 54 MỞ ĐẦU Tên đề tài: Đánh giá lực chịu tải kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép thông qua khảo sát trạng đo chuyển vị dƣới tác dụng tải trọng xe Tính cấp thiết đề tài: Trong năm trở lại đời sống kinh tế xã hội tỉnh Khánh Hòa có bƣớc tiến phát triển, đời sống nhân dân đƣợc cải thiện nâng cao Một đóng góp cho thành cơng việc phát triển hạ tầng giao thông đƣờng phát triển mở rộng, nhiều tuyến đƣợc đƣợc xây dựng, hệ thống đƣờng xá cầu cống không ngừng phát triển từ đô thị đến nông thôn Mạng lƣới giao thông đƣờng ngày mở rộng phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội Trong tồn nhiều cơng trình cầu bê tơng cốt thép, bê tông cốt (BTCT, BTCT DƢL) với trạng thái kỹ thuật cơng trình xuống cấp nhiều nguyên nhân khác Bên cạnh cơng tác tu, sửa chữa q trình khai thác, sử dụng cịn nhiều vấn đề, chƣa triệt để dẫn đến chƣa đạt đƣợc hiệu cao Vì cần có nhiều nghiên cứu, đánh giá đƣa biện pháp quản lý tối ƣu nh m đảm bảo hiệu kinh tế, kĩ thuật Theo số liệu khảo sát đánh giá hầu hết cầu đƣợc xây dựng theo định hình đƣợc đƣa vào khai thác sử dụng 15 năm địa bàn tỉnh Khánh Hòa xuất hƣ hỏng tải trọng xe gây nhƣ dầm cầu bị nứt, bê tơng bị hao mịn làm làm lộ cốt thép, dầm cầu bị võng ổn định, hƣ hỏng mặt cầu bêtông, gối cầu bị nứt bể…chẳng hạn nhƣ cầu Bình Tân Km1+038 đƣờng ĐT657I (đại lộ Nguyễn Tất Thành) , cầu Bãi Giếng Km1487+733 Quốc lộ 1, cầu Trần Phú, cầu Xóm Bóng, cầu Hà Ra, cầu Cây Gạo Km1438+666 Quốc lộ 1, cầu Khánh Bình Km25+370 đƣờng ĐT652H (Tỉnh lộ 8)… Các biện pháp sửa chữa nâng cấp cầu cũ phần lớn dựa vào đánh giá trạng hƣ hỏng bên b ng kinh nghiệm chủ yếu Do mà sau đƣợc nâng cấp sửa chữa cầu nhiều chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu ban đầu đề sức chịu tải cầu biện pháp thay không cần thiết gây lãng phí kinh tế Việc nâng cấp, cải tạo cơng trình cần phụ thuộc vào trạng cơng trình nhiều, sức chịu tải dầm kết cấu nhịp, nên tác giả sâu nghiên cứu việc để đáp ứng nhu cầu thực tế Vì việc đánh giá lực chịu tải kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép thông qua khảo sát trạng đo chuyển vị dƣới tác dụng tải trọng xe cần thiết có tính thực tiễn cao Thơng qua việc tính tốn dự đoán đƣợc sức chịu tải ... ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ TRẦN NHƢ CHINH ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP THÔNG QUA KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG VÀ ĐO CHUYỂN VỊ DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE Chuyên ngành: Kỹ thuật xây... Chinh TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP THÔNG QUA KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG VÀ ĐO CHUYỂN VỊ DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG XE Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng... sức chịu tải dầm kết cấu nhịp, nên tác giả sâu nghiên cứu việc để đáp ứng nhu cầu thực tế Vì việc đánh giá lực chịu tải kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép thông qua khảo sát trạng đo chuyển vị