Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và nâng cấp tải trọng cầu nam ô cũ

PHẠM QUANG HIỂN ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM QUANG HIỂN KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOÁ: 33.XGT Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM QUANG HIỂN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 8580205 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG PHƯƠNG HOA Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phạm Quang Hiển MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài: Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Đối tượng nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III 1.1 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG CẦU: 1.1.1 Thông tin chung: 1.1.1.1 Đối với kết cấu nhịp giàn thép, dầm thép liên hợp bê tông cốt thép: 1.1.1.2 Đối với cầu bê tông cốt thép cầu dầm bê tông cốt thép: 1.1.1.3 Mố trụ cầu, gối cầu, đường đầu cầu, mặt cầu, khe co giãn công trình phụ trợ: 1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐBIII: 1.3 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG TÁC SỬA CHỮA, GIA CƯỜNG CẦU YẾU: 10 1.3.1 Gia cường bằng phương pháp dán bản thép: 11 1.3.1.1 Nguyên tắc lựa chọn: .11 1.3.1.2 Ưu nhược điểm phương pháp dán thép: .12 1.3.2 Gia cường bằng phương pháp căng cáp DƯL ngoài: 12 1.3.2.1 Khái niệm dự ứng lực ngoài: .12 1.3.2.2 Các hình thức bố trí cáp DƯL ngồi: 12 1.3.2.3 Các giả thiết tính toán cấu tạo: 14 1.3.2.4 Ưu nhược điểm phương pháp căng cáp DƯL ngoài: 14 1.3.3 Gia cường bằng vật liệu composite cường độ cao (FRP): 15 1.3.3.1 Vật liệu: 15 1.3.3.2 Khả ứng dụng vật liệu FRP sửa chữa gia cường cầu: 17 1.3.3.3 Ưu nhược điểm sử dụng vật liệu FRP tăng cường sửa chữa: 18 1.4 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP TRONG SỮA CHỮA VÀ TĂNG CƯỜNG CẦU BTCT DƯL 19 1.4.1 Tổng quan: .19 1.4.2 Khảo sát, kiểm tra phương án tăng cường sử dụng vật liệu FRP: .20 1.4.3 Lựa chọn dạng vật liệu FRP: 20 1.4.4 Công nghệ thi công: 21 1.4.4.1 Nhiệt độ độ ẩm thi công: .21 1.4.4.2 Thiết bị thi cơng an tồn lao đơng: 21 1.4.4.3 Trình tự thi cơng bản: 21 1.4.4.4 Chuẩn bị sửa chữa bề mặt: 22 1.4.4.5 Trộn keo Epoxy: 22 1.4.4.6 Bảo dưỡng bề mặt vật liệu trước thi công: 22 1.4.4.7 Hồn thiện bề mặt sau thi cơng: 22 1.4.4.8 Hướng FRP thi công: 23 1.4.4.9 Mối nối CFRP: 23 1.4.4.10 Bảo dưỡng keo EPOXY: 23 1.4.4.11 Bảo dưỡng định kỳ tu, sửa chữa: 23 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: 24 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ CƠ SỞ LÝ THÚT TÍNH TỐN GIA CƯỜNG NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ 26 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 26 2.2 HIỆN TRẠNG CẦU: 27 2.2.1 Kết cấu phần trên: 27 2.2.1.1 Kết cấu nhịp: 27 2.2.1.2 Khe co giãn: .31 2.2.1.3 Lan can tay vịn: 31 2.2.1.4 Gối cầu: 32 2.2.2 Kết cấu phần dưới: 32 2.2.2.1 Mố cầu: .32 2.2.2.2 Trụ cầu: 32 2.3 ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG KHAI THÁC: 33 2.4 MƠ HÌNH LÀM VIỆC CỦA VẬT LIỆU FRP TRONG KẾT CẤU NHỊP DẦM BTCT DƯL ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG: 34 2.4.1 Bê tông: 34 2.4.2 Cốt thép: 34 2.4.3 Thép dự ứng lực: 35 2.4.4 Vật liệu CFRP: 35 2.5 THIẾT LẬP, XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ TÍNH TÓA NHỊP CẦU BTCT DƯL KHI ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG VẬT LIỆU FRP: 37 2.5.1 Các giả thiết tính toán: 37 2.5.2 Trạng thái giới hạn sử dụng: 38 2.5.2.1 Nguyên tắc chung: 38 2.5.2.2 Vấn đề từ biến lực kéo tới hạn việc tạo ứng suất trước: 38 2.5.3 Trạng thái giới hạn cường độ: 39 2.5.3.1 Bài toán uốn: 39 2.5.3.2 Bài toán cắt: .43 2.6 MỤC TIÊU VÀ MỨC ĐỘ ĐỒNG BỘ TẢI TRỌNG CỦA CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG: 45 2.6.1 Đánh giá tải trọng thiết kế: .46 2.6.2 Đánh giá tải trọng hợp pháp: 46 2.6.3 Đánh giá tải trọng cấp phép: 46 2.6.4 Quy trình đánh giá tải trọng: 46 2.6.5 Công thức chung để đánh giá cầu: 48 2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: 50 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN GIA CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU NAM Ơ CŨ BẰNG VẬT LIỆU FRP 51 3.1 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT: 51 3.2 SỐ LIỆU THIẾT KẾ: 52 3.2.1 Kích thước dầm chủ: .52 3.2.2 Tọa độ trọng tâm các tao cáp so với đáy dầm: .52 3.3 TÍNH TỐN HỆ SỚ PHÂN BỐ NGANG ĐỐI VỚI HOẠT TẢI: 53 3.3.1 Đối với mô men uốn: .53 3.3.1.1 Dầm giữa: 53 3.3.1.2 Dầm biên: 53 3.3.2 Đối với lực cắt: 53 3.3.2.1 Dầm giữa: 53 3.3.2.2 Dầm biên: 53 3.4 TÍNH TỐN NỢI LỰC TRÊN CÁC TIẾT DIỆN CỦA DẦM: 54 3.4.1 Nội lực tĩnh tải: 57 3.4.1.1 Tĩnh tải giai đoạn I: 57 3.4.1.2 Tĩnh tải giai đoạn II: 57 3.4.1.3 Nội lực tĩnh tải: 57 3.4.2 Nội lực hoạt tải HL93: .58 3.4.3 Tổ hợp nội lực: 59 3.5 KIỂM TRA DẦM CHỦ THEO TTGH CĐ KHI CHƯA GIA CƯỜNG: 60 3.5.1 Kiểm tra sức kháng uốn: 60 3.5.2 Kiểm tra sức kháng cắt: 61 3.5.2.1 Xác định chiều cao hữu hiệu mặt cắt dv: 61 3.5.2.2 Tính toán sức kháng cắt Vn: .62 3.6 TÍNH TỐN GIA CƯỜNG DẦM BẰNG VẬT LIỆU SỢI FRP: 63 3.6.1 Tăng cường sức kháng uốn: 63 3.6.1.1 Tính tốn thơng số tăng cường: 63 3.6.1.2 Tính toán biến dạng ban đầu đáy dầm: .64 3.6.1.3 Tính toán biến dạng sợi: .64 3.6.1.4 Xác định biến dạng có hiệu sợi: 65 3.6.1.5 Xác định biến dạng cáp DƯL: 65 3.6.1.6 Tính ứng suất cáp DƯL sợi: .65 3.6.1.7 Tính chiều cao vùng bê tông chịu nén: 66 3.6.1.8 Tính toán sức kháng uốn: 66 3.6.2 Tăng cường sức kháng cắt: 67 3.6.2.1 Tính toán biến dạng sợi chịu cắt: 68 3.6.2.2 Tính toán khả tăng cường sợi : 68 3.6.2.3 Tính toán sức kháng cắt: 68 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG: 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ Học viên: Phạm Quang Hiển Mã số: 60580250 Khóa: K33 Chuyên nghành:Kỹ thuật xây dựng CTGT Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Ở nước ta tại số lượng cầu bê tông cốt thép DƯL sử dụng định hình sản xuất dầm chủ sơ đồ kết cấu nhịp nhà máy bê tông Châu Thới nhiều, chúng đem lại giá trị to lớn kinh tế giao thông vận tải Tuy nhiên, đến giai đoạn hệ thống cầu cũ có dấu hiệu suy giảm lực chịu tải không đáp ứng nhu cầu giao thông với tải trọng yêu cầu cao Do đó, cần phải có biện pháp gia cường để nâng cao lực chịu tải nhằm đồng hóa tải trọng tồn tuyến trì khả phục vụ chúng Trong có cầu Nam Ơ xuống cấp không đáp ứng yêu cầu khai thác tại Dựa số liệu kiểm định số liệu thu thập từ hồ sơ thực tế, tác giả đề xuất chọn biện pháp gia cường vật liệu polyme cốt sợi để tính tốn gia cường kết cấu nhịp cầu Nam Ơ Theo kết tính tốn, tác giả xác định cường độ thiếu gia cường thêm lớp sợi Carbon nhịp lớp Tyfo đầu dầm chủ Sau gia cường kết cấu nhịp đảm bảo khai thác với tải trọng HL93 Từ khóa : Gia cường cầu; vật liệu polyme cốt sợi; sửa chữa cầu; kiểm định cầu RESEARCH OF CURRENT STATUS AND UPGRADING OF OLD NAM O BRIDGE Abstract: In our country, the number of prestressed concrete bridges used for the production of master beams and the rhythm diagram of the Chau Thoi concrete plant are many, which have and will continue to bring great value major in economics and transportation However, to the present period, the old bridge system has shown signs of capacity decline and can not meet the demand for traffic with higher requirements Therefore, reinforcement measures are needed to improve load capacity to synchronize load on the entire route and maintain their service capacity In particular, the existing Nam O Bridge has been degraded and can not meet the current mining demand Based on the test data and the data collected from the actual records, the author has proposed and selected reinforcement measures using fiber reinforced polymers to calculate the reinforced structure of Nam O bridge Based on the results, the authors identified the missing strengths and reinforced the carbon fiber layers in the middle of the rhythm and the Tyfo layer at the end of the beam After reinforcing rhythm structure to ensure exploitation with HL93 load Key words: reinforcement; polymer material; bridge repair; Demand testing DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thể tính chất học khác loại chất (Coker 2003) 16 Bảng 2.1 Bảng đặc trưng lý số hệ thống tăng cường sử dụng FRP điển hình có sẵn .36 Bảng 3.1 Bảng kích thước hình học dầm chủ 52 Bảng 3.2 Bảng thơng số bố trí cáp DƯL 53 Bảng 3.3 Bảng hệ số phân bố ngang hoạt tải 54 Bảng 3.4 Bảng diện tích đường ảnh hưởng tiết diện dầm 54 Bảng 3.5 Bảng giá trị nội lực dầm 57 Bảng 3.6 Bảng giá trị nội lực dầm 58 Bảng 3.7 Bảng tổng hợp giá trị nội lực mômen mặt cắt 58 Bảng 3.8 Bảng tổng hợp giá trị nội lực cắt mặt cắt 58 Bảng 3.9 Bảng tổng hợp giá trị nội lực dầm chủ 59 Bảng 3.10 Bảng kiểm tra sức kháng uốn dầm 60 Bảng 3.11 Bảng xác định chiều cao hữu hiệu 62 Bảng 3.12 Bảng kiểm tra sức kháng cắt dầm .62 Bảng 3.13 Bảng thông số vật liệu sợi TyFo SCH41 .63 Bảng 3.14 Bảng tính tốn thơng số tăng cường 64 Bảng 3.15 Bảng tính tốn biến dạng ban đầu đáy dầm 64 Bảng 3.16 Bảng tính tốn biến dạng sợi 65 Bảng 3.17 Bảng tính tốn biến dạng có hiêu sợi 65 Bảng 3.18 Bảng tính tốn biến dạng cáp DƯL 65 Bảng 3.19 Bảng tính toán ứng suất cáp DƯL sợi 66 Bảng 3.20 Bảng tính tốn chiều cao vùng bê tông chịu nén 66 Bảng 3.21 Bảng tính tốn sức kháng uốn dầm chủ 67 Bảng 3.22: Bảng so sánh sức kháng uốn tính tốn dầm 67 Bảng 3.23 Bảng tính tốn thơng số tăng cường 67 Bảng 3.24 Bảng tính tốn biến dạng sợi chịu cắt 68 Bảng 3.25 Bảng tính tốn khả tăng cường sợi chịu cắt 68 Bảng 3.26 Bảng tính tốn sức kháng cắt dầm chủ .69 Bảng 3.27: Bảng so sánh sức kháng cắt tính tốn dầm 69 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hiện trạng cầu tuyến Quốc lộ CQLĐB III quản lý Hình 1.2 Gỉ dầm chủ cầu Cẩm Tiên Km1206+442, Quốc lộ 1, Bình Định .4 Hình 1.3 Gỉ dầm ngang cầu Trà Quang Km1178+330.8, QL1A, Bình Định Hình 1.4 Nứt mặt cầu cầu Đại Lãnh Km1369+117, QL1A, tỉnh Khánh Hịa Hình 1.5 Nứt dầm cầu Giắt Dây Km1076+356, QL1A, tỉnh Quảng Ngãi Hình 1.6 Nứt dầm cầu Trà Quang Km1178+330.8, QL1A, tỉnh Bình Định .5 Hình 1.7 Bong vỡ thấm nước mối nối dọc cầu Ông Vân Km1108+421 Hình 1.8 Nứt dầm cầu Trà Câu Km1091+645, QL1, tỉnh Quảng Ngãi Hình 1.9 Đứt cáp DƯL ngang cầu Nam Ô cũ Km917+198, QL1, Đà Nẵng Hình 1.10 Hư hỏng khe co giãn cầu Nam Ô Km917+198, QL1, Đà Nẵng Hình 1.11 Hư hỏng mặt cầu Nam Ơ Km917+198, QL1, Đà Nẵng Hình 1.12 Xói nón mố cầu 11 Km47+526, QL26, tỉnh Đắk Lắk Hình 1.13 Nứt bê tơng bọc trụ cầu Nam Ô, Km917+198, QL1, Đà Nẵng Hình 1.14 Chuyển vị gối cầu cầu Câu Lâu Km953+340, QL1, tỉnh Quảng Nam Hình 1.15 Chuyển vị gối cầu cầu Bàn Thạch Km953+340, QL1, tỉnh Phú Yên Hình 1.16 Tăng cường sức kháng cắt bằng gia cường thép 11 Hình 1.17 Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngồi tuyến cáp thẳng 13 Hình 1.18 Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL tuyến cáp gẫy khúc 13 Hình 1.19 Tăng cường dầm cầu đơn giản BTCT nhiều nhịp bằng DUL ngồi để liên tục hố nhịp dầm .13 Hình 1.20 Tăng cường chịu cắt cho kết cấu dầm 17 Hình 1.21 Tăng cường chịu cắt cho dầm .17 Hình 1.22 Tăng cường chịu uốn cho dầm 18 Hình 2.1 Cầu Nam Ô - Km917+198, Quốc lộ 26 Hình 2.2 Mặt cầu bị hư hỏng nặng .27 Hình 2.3 Vết nứt thẳng đứng đầu dầm chủ 28 Hình 2.4 Vết nứt thẳng đứng dầm chủ vị trí nhịp 28 Hình 2.5 Dầm chủ bong vỡ bê tơng lộ cốt thép 29 Hình 2.6 Bong vỡ bê tơng mối nối dọc dầm chủ 29 Hình 2.7 Sửa chữa khoang dầm ngang bằng bê tơng thép 30 Hình 2.8 Dầm ngang bị vỡ bê tông, hư hỏng mối nối 30 Hình 2.9 Thanh D32 tụt thép neo đầu 31 Hình 2.10 Khe co giãn bị bong bật cao su, nắp đậy bulong 31 Hình 2.11 Trụ lan can bị vỡ bê tông lộ cốt thép 32 Hình 2.12 Gối cao su bị lão hóa, bẹp hồn tồn 32 Hình 2.13 Cọc trụ bị gỉ sét, bê tông cọc trụ bị vỡ bê tông lộ cốt thép .33 Hình 2.14 Biểu đờ quan hệ Ứng suất - Biến dạng bê tông 34 Hình 2.15 Biểu đờ quan hệ Ứng suất - Biến dạng số loại thép .34 25 nhiên với giải pháp vẫn tồn tại mặt hạn chế cần khắc phục Cùng với phát triển công nghệ chất dẻo tăng cường cốt sợi (Fiber Reinforced Polyme - FRP) nghiên cứu phát triển ứng dụng thực tế mang lại lựa chọn hấp dẫn so với phương pháp dán thép tăng cường dự ứng lực Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu giải pháp gia cường kết cấu nhịp nhằm nâng cấp tải cho cầu dầm bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực vật liệu polyme cốt sợi bon dán vào mặt bê tông khu vực đáy dầm chủ để tăng độ cứng sức kháng uốn cho dầm chủ góp phần nâng cao hiệu khai thác, kéo dài tuổi thọ cơng trình cầu 26 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ CƠ SỞ LÝ THÚT TÍNH TỐN GIA CƯỜNG NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG: Cầu Nam Ô (cũ), Km917+198, Quốc lộ thuộc địa phận quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng Cầu xây dựng từ trước năm 1975 Các thông số kỹ thuật tại cầu sau: - Cầu gồm 13 nhịp giản đơn dầm BTCT DƯL, Lnhịp=24,7m - Chiều dài toàn cầu: Ltc=328,15m - Mặt cắt ngang nhịp gồm 10 dầm chủ dạng chữ “T” BTCT DƯL, chiều cao dầm H=1.04m; chiều dày cánh 15cm, chiều dày sườn dầm 16cm Khoảng cách tim dầm chủ 0.96m - Khổ cầu: Nhịp N1 đến nhịp N3: B=8.54+2x0.5= 9.54m, hai bên gờ chắn BTCT rộng 0.5m Nhịp N4 ÷ N13: B = 7.6+2x1.26= 10.12m, hai bên lề hành rộng 1.26m khác mức với mặt cầu xe chạy - Cầu thiết kế với tải trọng HS20-44 Cầu nằm vị trí cửa biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp môi trường biển Từ năm 1989 đến cầu sửa chữa nhiều lần để trì khả khai thác Năm sửa chữa gần vào năm 2013 thay hệ dầm chủ N1 đến N3 Theo kết kiểm định thực tháng 5/2016 thuộc Dự án tín dụng ngành GTVT để cải tạo mạng lưới đường Quốc gia lần cầu cắm biển khai thác với tải trọng xe tải hợp pháp [3], [3-S2] [3-3] là: 18T:22T:25T Thời gian gần đây, cơng trình cầu tiếp tục xuất nhiều hư hỏng cầu khai thác với xe tải có tổng số trục < 3trục Đối với xe tải có số trục > trục phân luồng qua xe bên hạ lưu cầu Hình 2.1 Cầu Nam Ô - Km917+198, Quốc lộ 27 2.2 HIỆN TRẠNG CẦU: Qua trình khai thác sử dụng đến cầu xuất nhiều hư hỏng hệ dầm chủ; dầm ngang hư hỏng nặng làm suy giảm khả chịu lực cầu Cụ thể sau: 2.2.1 Kết cấu phần trên: 2.2.1.1 Kết cấu nhịp: a) Phần mặt cầu: - Kết cấu nhịp từ N1 ÷ N3: Mới làm lại mặt cầu liên hợp với dầm chủ dày từ (13 ÷ 19)cm làm lại hệ thống gờ chắn bánh, tại tình trạng cịn tốt - Các nhịp N4 ÷ N7: Mặt cầu lớp phủ BTN dày 5cm BTCT tăng cường dày (10 ÷ 14)cm Hiện tại, lớp phủ BTN lớp BTCT tăng cường bị bong vỡ nhiều vị trí cục bộ, mặt nhựa xuất vết nứt chạy dài dọc cầu, nhựa dồn u, bong tróc nhiều vị trí - Nhịp N8, N10 N13: Kết cấu nhịp lớp phủ BTN dày 5cm lớp BTCT tăng cường dày (10 - 14)cm Hiện tại lớp BTN mặt cầu bị bong tróc nhẹ - Các nhịp từ N9, N11 N12: Lớp BTCT tăng cường dày (13 ÷ 19)cm xe chạy trực tiếp tình trạng cịn tốt Hình 2.2 Mặt cầu bị hư hỏng nặng b) Dầm chủ: - Nhịp từ N1 ÷ N3: Hệ dầm chủ thay dầm loại (tận dụng hệ dầm thu hồi từ cầu Quá Giáng, quốc lộ 1) tại chưa thấy dấu hiệu hư hỏng - Nhịp từ N4 ÷ N13: Hệ dầm chủ xuất vết nứt tại đáy dầm sườn dầm, vết nứt tập trung nhiều khu vực nhịp chạy ngang qua bụng dầm phát triển lên sườn dầm, bề rộng vết nứt từ 0.05÷0.2mm Theo kết khảo sát có tổng cộng có 29 dầm hư hỏng nặng gồm: + Nhịp N6: 10 dầm 28 + Nhịp N7: 10 dầm + Nhịp N8: Dầm số 3; số 5; số + Nhịp N9: Dầm số 10 + Nhịp N10: Dầm số 3; số 4; số + Nhịp N11: Dầm số 1; dầm số 10 - Tại vị trí đầu dầm gối xuất vết nứt thẳng đứng kéo dài từ đáy dầm lên đến vút dầm chủ, bề rộng vết nứt từ 0.2÷0.5mm, số vị trí bề rộng vết nứt lên đến 0.8÷1mm Đáy cánh dầm sửa chữa nhiều lần, nhiên vẫn tồn tại số đáy cánh dầm nhiều nhịp xuất bong vỡ bê tông, lộ cốt thép gỉ nặng tập trung nhiều tại đầu dầm Hình 2.3 Vết nứt thẳng đứng đầu dầm chủ Hình 2.4 Vết nứt thẳng đứng dầm chủ vị trí nhịp 29 Hình 2.5 Dầm chủ bong vỡ bê tông lộ cốt thép c) Mối nối dọc dầm chủ: Đối với hệ mối nối dọc dầm chủ từ nhịp N1 ÷ N3 tốt Đối với nhịp lại, mối nối dọc tại nhiều khoang bị nứt vỡ, thấm nước bong tróc tại nhiều vị trí, dầm biên có xu hướng nghiêng lệch phía sơng Hình 2.6 Bong vỡ bê tông mối nối dọc dầm chủ d) Hệ liên kết ngang: - Đối với nhịp N1 ÷ N3: Mỗi nhịp có 05 dầm ngang làm lại nên cịn tốt - Đối với nhịp N4 ÷ N13: Mỗi nhịp có 05 dầm ngang BTCT, 02 dầm tại đầu nhịp 03 dầm tại vị trí nhịp Mối nối dầm ngang sử dụng mối nối khô, cáp DƯL ngang căng dầm ngang để liên kết dầm thành hệ chung Các cáp DƯL ngang bị gỉ đứt khơng cịn tác dụng làm lề hành dầm biên bị nghiêng lệch sông 30 + Để tăng cường độ cứng ngang cầu, năm trước (giai đoạn từ năm 2000 đến 2007) tiến hành sửa chữa nhiều đợt với giải pháp: Căng thép D32mm qua lỗ nước để gơng giữ dầm chủ Dán thép dày 12mm keo epoxy liên kết khoang dầm ngang dầm chủ Trong năm 2009 2010 sửa chữa mối nối dọc tại số nhịp giải pháp hàn nối thép khe nối dọc cánh dầm khoang dầm ngang dầm chủ, đổ hồn trả BT Sikagrout Hình 2.7 Sửa chữa khoang dầm ngang bằng bê tông thép + Hiện tại, D32mm căng BTCT tăng cường khơng cịn tác dụng tụt thép neo đầu, D32mm cong vênh xe chạy; bêtông khoang dầm ngang bị nứt vỡ, bulông bị cắt đứt; phương pháp nối cánh dầm nối khoang dầm ngang hàn nối thép bị hư hỏng Hình 2.8 Dầm ngang bị vỡ bê tơng, hư hỏng mối nối 31 Hình 2.9 Thanh D32 tụt thép neo đầu 2.2.1.2 Khe co giãn: - Khe co giãn mố M0; trụ P1 & P2 thép trượt tình trạng bình thường - Các khe co giãn lại cao su cốt thép bị bong vỡ bê tông khe co giãn, cao su bị bong bật Hình 2.10 Khe co giãn bị bong bật cao su, nắp đậy bulong 2.2.1.3 Lan can tay vịn: - Hệ lan can tay vịn nhịp N1 ÷ N3 xây dựng năm 2013 tốt - Hệ lan can tay vịn nhịp N4 ÷ N13 BTCT, trụ lan can cầu tiết diện (26x26)cm, chiều cao trụ H=95cm, tay vịn tiết diện (20x16)cm, dài L=203cm Hiện lan can, tay vịn nhịp có số vị trí bị nứt vỡ, lộ thép rỉ sét bên Năm 2010 cáp ngang bị đứt, lề hành bị xoay nghiêng phía sơng sửa chữa tạm thời giải pháp neo lề hành vào tăng cường thép 16 nhịp N6, 32 N8, N9, N11 N12 Hình 2.11 Trụ lan can bị vỡ bê tông lộ cốt thép 2.2.1.4 Gối cầu: - Các gối cầu kê trực tiếp lên mặt xà mũ (không có đá kê gối) - Gối cầu nhịp N1 ÷ N3 cao su KT(400x300x47)mm tốt - Gối cầu nhịp N4 ÷ N13: Theo kết khảo sát tại, hầu hết đầu dầm chủ kê trực tiếp lên đá kê gối xà mũ trụ Các gối cao su bị bẹp, lão hóa hồn tồn Hình 2.12 Gối cao su bị lão hóa, bẹp hồn tồn 2.2.2 Kết cấu phần dưới: 2.2.2.1 Mố cầu: Hai mố cấu tạo giống BTCT tường cánh thẳng Tường cánh mố BTCT tốt, bờ chài, tứ nón đá hộc xây cịn tốt, khơng bị xói lở 2.2.2.2 Trụ cầu: Tồn cầu có 12 trụ dạng trụ thân cọc, xà mũ trụ BTCT đặt hệ cọc ống thép đường kính D60cm bên nhồi BTCT - Dự án sửa chữa cầu năm 2004: Nội dung chủ yếu xử lý cọc trụ bị gỉ Trụ T6 ÷ T11 sửa chữa giải pháp bọc BTCT phạm vi lên xuống mực nước thủy triều (chiều dài bọc 3m) 33 - Hiện tại phần bọc bê tông mực nước bị nứt, bong vỡ bê tông số vị trí Phần cọc phạm vị bọc bị gỉ nhẹ - Đối với tình trạng gỉ cọc trụ phần mực nước: Đã tiến hành lặn kiểm tra thấy vỏ thép bị gỉ nặng Đặc biệt nghiêm trọng trụ T8: Cọc số (tính từ thượng lưu bị gãy lìa thân cọc, cọc số số bị gỉ thủng phần vỏ thép - Các trụ T3, T4, T5, T12: Chưa bọc BTCT, phần vỏ thép nằm mức thủy triều lên xuống rỉ nặng, thép bong thành lớp, phần mực nước triều bị gỉ nhẹ Các trụ T1, T2 nằm mực nước thường xuyên nên phần vỏ thép cọc bị rỉ nhẹ - Xà mũ số trụ bị nứt bong vỡ bê tơng Hình 2.13 Cọc trụ bị gỉ sét, bê tông cọc trụ bị vỡ bê tông lộ cốt thép 2.3 ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG KHAI THÁC: Tháng 5/2016 cầu Nam Ô - Km917+198 cho phép thử tải kiểm định cầu nhằm đưa tải trọng khai thác thực tế Kết kiểm định, tính tốn nội lực (phụ lục tính) cho kết cấu dầm chủ hoạt tải sau: Tải trọng kiến nghị khai thác Tải trọng xe (Tấn) Loại xe RF (Tấn) Theo tính tốn Kiến nghị HL93 0,50 HL93 0,5*HL93 0,5*HL93 Xe tải đơn [3] 0,87 22,25 18,04 18,00 Xe tải đơn [3S-2] 0,79 32,04 22,32 22,00 Xe tải đơn [3-3] 0,80 35,60 25,67 25,00 Cắm biển hạn chế tải trọng cho xe [3], [3-S2] [3-3] sau: + Xe [3]: 18T; + Xe [3-S2]: 22T; + Xe [3-3]: 25T 34 2.4 MÔ HÌNH LÀM VIỆC CỦA VẬT LIỆU FRP TRONG KẾT CẤU NHỊP DẦM BTCT DƯL ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG: 2.4.1 Bê tông: Trong trạng thái giới hạn sử dụng, bê tông coi vật liệu đàn hồi với thông số sau: Hình 2.14 Biểu đờ quan hệ Ứng suất - Biến dạng bê tông 2.4.2 Cốt thép: Cốt thép sử dụng kết cấu bê tông thông thường loại AII hay AIII theo TCVN 1651-1985 grade 420 theo tiêu ch̉n 22TCN272-05 Cốt thép thơng thường có độ dãn dài tương đối lớn trước bị kéo đứt coi đạt tới TTGH đạt đến giới hạn chảy fy Hình 2.15 Biểu đờ quan hệ Ứng suất - Biến dạng số loại thép 35 Ứng suất fy Es y Biến dạng Hình 2.16 Mơ hình vật liệu cốt thép tính tốn kết cấu 2.4.3 Thép dự ứng lực: Hình 2.17 Mơ hình tính tốn thép DƯL Thép dự ứng lực tính tới cường độ danh định giả thiết dù đạt đến giới hạn kéo đứt danh định fps mơ đun đàn hồi thép vẫn khơng đổi Ep=197,000 Mpa khơng có số liệu thí nghiệm cụ thể Khi biến dạng thép theo quan hệ pfpsp 2.4.4 Vật liệu CFRP: Vật liệu FRP có nhiều dạng với thơng số có thể thay đổi tương đối lớn Đặc tính vật liệu phụ thuộc vào dạng vật liệu sử dụng làm cốt sợi phân bố dạng sợi Tùy theo mục đích sử dụng mà có thể chọn loại vật liệu tương ứng vào điều kiện thi công, điều kiện có sẵn vật liệu điều kiện giá thành 36 Đặc tính vật liệu giả thiết tuyến tính phá hoại Hình vẽ thể đặc trưng vật liệu CFRP số loại vật liệu phổ biến với thơng số kỹ thuật tương ứng: Hình 2.18 Mơ hình tính tốn vật liệu FRP Bảng 2.1 Bảng đặc trưng lý số hệ thống tăng cường sử dụng FRP điển hình có sẵn Fiber FRP System Type Weight Thickness [mm] [g/cm2] Tensile Strength [MPa] Tensile Elastic Strain at Modulus [GPa] Failure [%] Fyfe Co LLC [www.fyfeco.com] Tyfo SEH-51 Tyfo SCH-35 Glass Carbon 930 Replark 20 26.1 78.6 2.2 1.3 Carbon Mitsubishi [www.mitsubishichemical.com] 200 0.11 3400 230 1.5 Replark 30 Carbon 300 0.17 3400 230 1.5 Replark MM Replark HM Carbon Carbon -200 0.17 0.14 2900 1900 390 640 0.7 0.3 26.1 2.2 Hex 100G Glass 1.3 0.89 575 991 Sika [www.sikacanada.com] 913 1.0 600 37 Hex 103C Carbon 618 1.0 960 73.1 1.3 CarboDur S Carbon 2240 1.2-1.4 2800 165 1.7 CarboDur M Carbon 2240 1.2 2400 210 1.2 CarboDur H Carbon 2240 MBrace EG 900 Glass 900 0.35 1517 72.4 2.1 MBrace CF 530 Carbon 300 0.17 3500 373 0.94 MBrace AK 60 Aramid 600 0.28 2000 120 1.6 1.2 1300 300 Watson Bowman Acme [www.wabocorp.com] 0.5 2.5 THIẾT LẬP, XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ TÍNH TĨA NHỊP CẦU BTCT DƯL KHI ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG VẬT LIỆU FRP: Theo tiêu chuẩn nào, kết cấu bất kỳ, cần phải tính tốn theo trạng thái giới hạn khác Các trạng thái giới hạn có thể chia thành trạng thái giới hạn nhỏ khác tựu chung lại, đánh giá theo làm việc kết cấu xét hai trường hợp: - Trường hợp kết cấu bê tông chưa xuất vết nứt Trạng thái xem xét đánh giá trạng thái giới hạn sử dụng - Trường hợp kết cấu bê tông xuất vết nứt tiếp tục phát triển bề rộng vết nứt coi không phát triển thêm cường độ theo tiêu chí gọi trạng thái giới hạn cường độ 2.5.1 Các giả thiết tính toán: Các giả thiết sử dụng phổ biến tính tốn kết cấu tăng cường CFRP đặt trạng thái chịu lực kết cấu Ở trạng thái chịu uốn, giả thiết tính tốn tương tự tính tốn kết cấu bê tông thông thường Các giả thiết bao gồm: - Việc tính tốn kết cấu dựa hai giả thiết cân tĩnh mặt cắt tương thích biến dạng Tải FULL (91 trang): bit.ly/2Ywib4t fb.com/KhoTaiLieuAZ - Mặt cắt phẳng vẫn đượcDự duyphịng: trì sau chịu uốn, biến dạng thép bê tông giả thiết tỉ lệ với khoảng cách tới trục trọng tâm dẻo - Ứng biến lớn bê tông chịu nén =0.0035 - Ứng suất cốt thép tính mơ đun đàn hồi Es nhân với biến dạng s Trường hợp ứng suất lớn giới hạn chảy thép fy giá trị lấy fy - Khơng có trượt CFRP bê tông - Bỏ qua cường độ chịu kéo bê tơng tính tốn chịu uốn - Quan hệ phân bố ứng suất nén biến dạng bê tơng dựa giả 38 thiết hình chữ nhật (ngồi có thể dựa giả thiết phân bố dạng parabol hay dạng đa giác) Trường hợp lấy phân bố dạng chữ nhật, giả thiết cụ thể cần phải tuân thủ sau: + Ứng suất bê tông 0.85f’c phân bố vùng chịu nén phạm vi a=1c + Chiều cao vùng chịu nén c xác định cân tĩnh mặt cắt đo từ chiều cao từ thớ chịu nén cùng tới trọng tâm dẻo mặt cắt theo hướng vng góc với trục cấu kiện + Hệ số 1 lấy 0.85 bê tơng có f’c = 28Mpa giảm 0.07 ứng với cường độ f’c tăng 7Mpa không nhỏ 0.65 - Quan hệ ứng suất - biến dạng thép bê tông tính học vật liệu nêu - CFRP giả thiết có quan hệ ứng suất - biến dạng tuyến tính Tải FULL (91 trang): bit.ly/2Ywib4t phá hoại Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ 2.5.2 Trạng thái giới hạn sử dụng: 2.5.2.1 Nguyên tắc chung: - Trong trạng thái giới hạn sử dụng, kết cấu chưa xuất vết nứt, kết cấu coi đàn hồi tuyến tính Tác dụng CFRP coi thành phần bổ sung vào mặt cắt làm tăng đặc trưng hình học mặt cắt lên đồng thời số trường hợp có thể tăng khả chống nứt thông qua việc tạo nén trước - Khi tính tốn kết cấu tăng cường phương pháp sử dụng vật liệu CFRP có hai dạng chính: + Dạng thứ - Tăng cường thụ động: Không tạo thêm lực nén bổ sung cho kết cấu thông qua lực căng trước CFRP Loại có tác dụng tăng đặc trưng hình học mặt cắt lên Khi tính tốn, thành phần CFRP tính quy đổi bê tông với hệ số quy đổi tương ứng n=Efrp/Ec Hệ số n thông thường vào khoảng đến tùy loại CFRP sử dụng + Dạng thứ hai - Tăng cường chủ động: Ngoài việc bổ sung thêm thành phần vật liệu mặt cắt, với việc bố trí số đầu neo việc tăng cường kết cấu hữu tương tự giải pháp dự ứng lực ngoài, lực nén trước bê tông lực kéo CFRP làm giảm ứng suất kéo ngoại tải bê tơng từ tăng thêm hiệu chống nứt kết cấu 2.5.2.2 Vấn đề từ biến lực kéo tới hạn việc tạo ứng suất trước: Để tránh phá hoại CFRP tác dụng từ biến vượt giới hạn quy định, theo tiêu chuẩn ACI-440F, giới hạn kéo căng CFRP có giải pháp phù hợp, mà lực căng khuyến cáo tương ứng sau: fjmax=0,5frpu Trong đó: 39 ffrpu = φf*frpu f*frpu = fevafrpu- 3σ với  độ lệch tiêu chuẩn mẫu CFRP, f*frpu cường độ danh định FRP frpe hệ số triết giảm môi trường dựa vào loại môi trường điều kiện tiếp xúc fevafrpu giá trị bình quân cường độ kéo đứt xác định từ thí nghiệm Giá trị frpe có thể tham khảo ACI-440F theo bảng sau: Loại cốt sợi frpe Không tiếp xúc Carbon 0.95 Lộ mơi trường Carbon 0.85 Mơi trường ăn mịn Carbon 0.85 Điều kiện môi trường 2.5.3 Trạng thái giới hạn cường độ: Trạng thái giới hạn cường độ xem xét kết cấu bê tông xuất vết nứt Khi kết cấu đạt tới trạng thái giới hạn cường độ, vượt qua trạng thái này, kết cấu không cịn đảm bảo làm việc bình thường khả chịu lực Thơng thường, kết cấu bê tông, đạt tới trạng thái giới hạn cường độ, xuất vết nứt bê tông vùng chịu kéo Bê tông vùng chịu nén bị phá vỡ (crushing) thành phần chịu kéo lại thép, thép dự ứng lực, vật liệu CFRP đạt tới trạng thái chảy dẻo giới hạn chịu lực Tùy theo tốn kết cấu chịu lực uốn, nén mà kết cấu có thể có mơ hình làm việc khác Đối với kết cấu nhịp cầu bê tông, hai trạng thái quan tâm nhiều trạng thái giới hạn chịu uốn trạng thái giới hạn chịu cắt Nội dung ngun cứu tính tốn sau đề cập cụ thể đến hai dạng cách chi tiết 2.5.3.1 Bài toán uốn: Khi kết cấu chịu uốn đến trạng thái giới hạn, vật liệu mặt cắt có thể đạt đến trạng thái phá hoại đồng thời hay khơng đồng thời Các vật liệu mặt cắt bao gồm: bê tông, thép thường, thép dự ứng lực vật liệu CFRP Có trường hợp phá hoại phân loại sau: - Bê tông bị nén vỡ trước vật liệu chịu kéo bị phá hủy - Cốt thép bị chảy dẻo bê tông bị phá hoại - Cốt thép bị chảy dẻo thép dự ứng lực bị phá hoại - Cốt thép bị chảy dẻo vật liệu FRP bị phá hoại - Mất dính bám vật liệu CFRP Giả thiết vật liệu CFRP vật liệu tuyến tính hoàn hảo bị phá hoại Do dạng phá hoại mặt cắt tăng cường vật liệu CFRP có thể phá hoại theo thứ tự thành phần mặt cắt tương tự kết cấu bê tông cốt thép thông thường khác Như vậy, giả thiết mặt cắt có nội dung tương tự sau: 3cc04cd1 ... CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ CƠ SỞ LÝ THÚT TÍNH TỐN GIA CƯỜNG NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ 26 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 26 2.2 HIỆN TRẠNG CẦU: ... 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG: 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ Học viên: Phạm Quang Hiển Mã số: 60580250... NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM QUANG HIỂN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: