1.1 .Tổ chức quản lý khai thác cầu
1. 6 Điều tra các liên kết trong kết cấu thép và bêtông cốt thép
2.8. Xử lý kết quả đo và phân tích kết luận
Công việc này đòi hỏi trình độ kiến thức và kinh nghiệm nhiều năm của kỹ s− thanhh tra. Th−ờng áp dụng các ph−ơng pháp xử lý thống kê số liệu đo đạc. nh− đn đ−ợc học ở môn học toán thống kê xác suất. Tuy nhiên nếu có ít số liệu thì ph−ơng pháp này không áp dụng đ−ợc.
Nói chung th−ờng cần phân tích các số liệu đo sau:
- Số liệu thử c−ờng độ bê tông (bằng các ph−ơng pháp khác nhau)
- Số liệu đo độ võng các dầm chủ d−ới tác dụng của hoạt tải xếp lệch để suy ra hệ số phân bố ngang hoạt tải.
- Số liệu điều tra và đo độ rộng, độ dài các vết nứt bê tông các vết nứt trên kết cấu thép.
- Số liệu đo góc xoay ở các mối dầm thép. - Số liệu đo biến dạng và ứng suất.
- Số liệu đo dao động để suy ra trị số của hệ số xung kích (1+à) và chu kỳ dao động riêng T của kết cấu nhịp.
- Số liệu thí nghiệm vật liệu thép và cốt thép (nếu có)
Trong phạm vi tài liệu này chỉ giới thiệu một số vấn đề xử lý kết quả chủ yếu.
2.8.1. Hệ số phân bố ngang hoạt tải
Căn cứ vào kết quả đo đọ võng giữa nhịp cầu của các dầm chủ (dàn chủ) d−ới tác dụng hoạt tải xếp trên cầu theo một cách nào đó (hoặc chính giữa phần xe chạy, hoặc lệch về th−ợng l−u, hoặc lệch về hạ l−u) có thể tính ra hệ số phân bố ngang của từng dầm chủ đó t−ơng ứng cách xếp tải đn thực hiện.
Công thức tính toán là: Ki = ∑n j i y y 1 (2-17) Trong đó:
Ki - Hệ số phân bố ngang của dầm (dàn) của thứ i yi - Độ võng của dầm thứ i
∑n yj
1
- Tổng độ võng của tất cả các dầm (dàn) chủ n - Số l−ợng dầm (dàn chủ)
Khi tính toán lại kết cấu cần phải sử dụng hệ số phân bố ngàn thực tế này chứ không dùng trị số tính toán lý thuyết nữa.
2.8.2. xử lý số liệu do ứng biến
Căn cứ kết quả đo bằng ten-xơ-mét cơ hay ten-xơ-mét điện, đối với kết cấu thép nh− thanh dầm thép có thể suy diễn ra ứng suất hoạt tải theo định luật Hook:
Tuy nhiên đối với kết cấu bê tông việc suy diễn này phải thận trọng và chỉ có ý nghĩa tham khảo ở mức độ gần đúng vị trí số mô đuyn đàn hồi thực tế của bê tông cầu cũ nói chung là không xác định đ−ợc đúng. Mặt khác ngay cả đối với phần bê tông chịu nén của mặt cắt, việc suy diễn ứng suất hoạt tải theo công thức trên cũng g−ợng ép vì quan hệ tuyến tính gi−a ơ và ọ đối với bê tông chịu nén chỉ đúng khi ứng suật ơ ≤ 0,2 Ru. Trong các cầu thực tế cũ ứng do riêng tĩnh tải cũng đn có thể v−ợt quá trị số 0,2 Ru. Vì vậy khi có thêm hoạt tải nữa thì quan hệ ơ và ọ càng không đủ căn cứ để coi là tuyến tính nữa.
Đối với bê tông vùng chịu kéo, công thức định luật Hook hoàn toàn không thể áp dụng đ−ợc. Vì vậy kết quả đo ọ ở vùng này cần xem xét kỹ có thể cọi đó là phép đo độ rộng vết nứt chứ không phải là đo độ dnn kéo dài t−ơng đối ọ.
Để nói về ứng suất trong cốt thép chịu kéo, nhất thiết phải đục bỏ lớp bê tông bảo hộ và gắn ten-xơ-mét cơ học hoặc lá điện trở vào trực tiếp cốt thép nhằm đo trị số ọ của nó. Từ đó có thể dùng định luật Hook để tính ra ứng suất cốt thép đ−ợc.
Hiện nay trong công tác đo cầu ở Việt nam còn rất hnn hữu bố trí đo theo trạng thái ứng suất phẳng mà th−ờng chỉ đo theo trạng thái ứng suất đ−ờng. Đối với các thanh dàn chịu lực dọc trục cũng nh− đối với các bản cánh dầm, đo nh− vậy là tạm đủ nh−ng đối với phần bản bụng dầm, bản nút dàn và những tr−ờng hợp mà trạng thái ứng suất phẳng thể hiện rõ thì phải bố trí các xen tơ mét cơ học hoặc lá điện trở theo các h−ớng khác nhau để từ kết đo suy ra trị số và h−ớng của các ứng suất chính.
Xét ví dụ một mặt cắt ngang cấu kiện nh− hình 2-31 đn đặt các ten-xơ-mét để đo biến dạng thớ tại các điểm 1, 2, 3, 4 là ọ1, ọ2, ọ3, ọ4. Theo định luật Hook suy ra cá trị số ứng suất ơ1, ơ2, ơ3, ơ4. Căn cứ các đặc tr−ng hình học mặt cắt (F, Ix, Iy, x1, x2, x3, x4, y1, y2) và biểu đồ ứng suất nh− hình vẽ.
Ta lập đ−ợc ph−ơng trình: ọ1E = ơ1 = F N + Ix y Mx. 1 - Iy x My. 1 (2-19) ọ2E = ơ2 = F N + Ix y Mx. 1 - Iy x My. 2 (2-20) ọ3E = ơ3 = F N + Ix y Mx. 2 - Iy x My. 3 (2-21) ọ4E = ơ4 = F N + Ix y Mx. 2 - Iy Myx4 (2-22)
Khi giải hệ này ta tìm đ−ợc các nội lực N, Mx, My. ở đây có 4 ph−ơng trình mà chỉ có 3 ẩn số nên chúng ta có khả năng kiểm tra độ chính xác của phép đo đn thực hiện. Muốn
Ví dụ giải hệ 3 ph−ơng trình 1,2,3 thì tìm đ−ợc N1, Mx1, Mx2 còn khi giải hệ 3 ph−ơng trình 2, 3, 4 lại đ−ợc N2, Mx2, My2. Chênh lệch giữa các trị số N1 với N2, Mx1 với Mx2, My1 với My2 sẽ suy đoán về sai số đo đạc và ảnh h−ởng của các yếu tố nh− cong vênh cục bộ, ứng suất tập trung, mô men xoắn v.v... Tóm lại để đánh giá sai số đo đạc thì phải tăng số l−ợng điểm đo biến dạng nhiều hơn số l−ợng các yếu tố nội lực cần tính.
2.8.3. Xử lý kết quả đo động
Khi thử tải động đối với cầu, kết quả đo đ−ợc ghi lên băng giấy hoặc phim d−ới dạng biểu đồ dao động nh− hình 2-36,
Hệ số xung kích thực tế đ−ợc suy ra từ kết quả đo theo công thức sau:
( 1+ à ) =
y
ymax
(2-23)
Trong đó: ymax - Độ võng lớn nhất khi hoạt tải chạy qua y - Độ võng tĩnh khi hoạt tải đứng yên
Mỗi tốc độ xe thử chạy qua cầu sẽ cho một vị trí số ( 1+ à ) riêng. Do đó khi thử đầu phải cho xe chạy với vài tốc độ khác nhau 20, 25, 35, 45 km/h lần l−ợt. Thông th−ờng trên cầu ôtô hệ số xung kích lớn nhất ứng với tốc độ từ 25 – 35 km/h.
Để tìm độ võng y phải vẽ thêm đ−ờng trung bình lên biểu đồ độ võng nh− hình 2-32. Trên hình đó cũng giải thích cách xác định các thời điểm xe ra vào cầu.
Để xác định chu kỳ T và tần số f của dao động trên một đoạn biểu đồ dao động thì phải đếm số dao động n trên ứng với thời gian t rồi dùng các công thức sau:
T = n t ; f = t n = T 1 (2-24)
Công thức dùng chung cho cả khi xét dao động c−ỡng bức và dao động riêng. Muốn tính chu kỳ dao động riêng Tc để so sánh với trị số mà quy trình thiết kế cầu cho phép thì phải đếm đo trên đoạn c của biểu đồ (xem hình vẽ). Để đọc các băng ghi dao động phải có kính phóng đại với vạch chia cự ly đọc chính xác đến 0,1 mm.
Trong lúc nhận xét kết quả thử tải phải xét toàn diện tất cả các vấn đề. Chú ý phân tích nguyên nhân và hậu quả của các h− hỏng, các hiện t−ợng độ võng d− và ứng suất d− của kết cấu. Phải có nhận xét về tuổi thọ của kết cấu.
Sau khi tính toán đầy đủ các số liệu đo, báo cáo tổng kết cần làm theô trình tự nội dung sau:
- Nêu các số liệu tóm tắt rút ra từ hồ sơ thiết kế.
- Nêu các vấn đề đặc biệt xảy ra trong quá trình thi công. - Mô tả các khuyết tật và h− hỏng.
- Nhắc lại yêu cầu và nội dung thử nghiệm cầu.
- Danh mục các dụng cụ, thiết bị đ−ợc dùng để thử nghiệm cầu. - Tải trọng thử cầu đn sử dụng
- Trình tự thử tải cầu
- Các hiện t−ợng phát sinh trong quá trình thử
- Các kết quả đo đạc thử tĩnh và thử động ở tất cả các điểm đo d−ới mỗi cấp tải trọng.
- Phân tích các số liệu có kết hợp với các tài liệu kiểm tra và đặc điểm của kết cấu - Đánh giá mức độ đúng đắn về những giả thiết tính toán và giải pháp kết cấu của đồ án.
- Những kết luận về trạng thái chất l−ợng của công trình và khả năng thông qua của hoạt tải.
- Những đề nghị về quản lý công trình, cá chỉ dẫn về giải pháp kỹ thuật cần áp dụng nhằm khắc phục những sai sót h− hỏng đn phát hiện.
- Kèm theo báo cáo chung còn có các tài liệu kỹ thuật phản ánh quá trình đo đạc nh− hồ so thiết kế thử tải, ảnh chụp các dao động, biểu đồ ứng suất và độ võng và các tài liệu minh hoạ khác.
yt b ym ax 1 B T T 2 Tb C Tc a) b) Tb δ
Hình 2-36. Biểu đồ ghi dao động c−ỡng bức (a) và dao động riêng (b).
B - Đoạn ghi dao động c−ỡng bức; C - Đoạn ghi dao động riêng.
1 ln + = n n A A ψ (2-25)
Trong đó An,An+1 là các biên độ của dao động
2.8.4. - Đánh giá và nhận xét kết quả thử tải cầu
Căn cứ phân tích kết quả thử tải cầu có thể nên nhận xét về các vấn đề sau: - Mức độ thích hợp của ph−ơng pháp tính toán đn áp dụng.
- Độ chính xác và trình độ công nghệ chế tạo kết cấu - Đặc điểm cụ thể về tác động của tải trọng lên cầu.
- Các đặc tr−ng thực tế của trạng thái ứng suất của các bộ phận và các mối nối. - ảnh h−ởng của những yếu tố khác nhau và các khuyết tật, h− hỏng đến trạng thái kỹ thuật của kết cấu cầu.
- Xác định độ an toàn thông xe qua cầu của hoạt tải cụ thể hoặc hoạt tải tiêu chuẩn nào đó: Trọng tải xe, cách cho xe qua cầu, tốc độ cho phép…
- Đề nghị về công tác duy tu sửa chữa hoặc nâng cấp cầu.
Mức độ chênh lệch giữa các trị số tính ra đ−ợc và trị số đo đ−ợc của cùng một đại l−ợng vật lý đ−ợc đánh giá bằng hệ số kết cấu: tinh do k χ χ η = (2-26) χdo,χtinh − Các trị số đo đ−ợc và tính đ−ợc.
Các hệ số kết cấu sẽ dùng để đánh giá năng lực chịu tải thực tế của kết cấu.
Ch−ơng 3:
Đánh giá năng lực chịu tải của cầu đh qua khai thác 3.1. Khái niệm chung
Khi đánh giá chất l−ợng kỹ thuật của một công trình cầu cũ không chỉ đơn thuần dựa và việc tính toán và phải kết hợp tất cả các công việc khảo sát, đo đạc, thử nghiệm mẫu trong phòng thí nghiệm, thử tải cầu, làm các thí nghiệm không phá huỷ ngay trên kết cấu thực, tính toán nhiều lần theo một số giả thiết khác nhau. Trong nhiều tr−ờng hợp kinh nghiệm của kỹ s− thanh tra có một vai trò quan trọng quyết định.
Nói chung, khả năng chịu lực của cầu có thể dự đoán bằng các tính toán lại, xác định các nội lực cho phép lớn nhất ở từng bộ phận kết cấu và so sánh chúng với các nội lực do các tải trọng (tĩnh tải và hoạt tải) gây ra. Những tải trọng đ−ợc xét sẽ là tải trọng dự kiến đi qua cầu trong t−ơng lai.
Khi tính toán lại kết cấu phải căn cứ vào trạng thái thực tại của nó, có liên quan đến: - Sơ đồ hình học thực tế của kết cấu và công trình.
- Các mặt cắt chịu lực thực tế ( có h− hỏng và khuyết tật) - Đặc điểm và thực trạng của hệ liên kết các bộ phận. - Các đặc tr−ng c−ờng của vật liệu thực tế trên kết cấu. Có 2 đ−ờng lối th−ờng áp dụng khi tính toán cầu cũ
• Xác định ứng suất trong kết cấu do hoạt tải thực tế và so sánh với ứng suất cho phép (hoặc c−ờng độ tính toán) của vật liêu kết cấu. Từ đó kết luận về khả năng thông qua cầu.
• Các kết cấu cầu thép sẽ đ−ợc tính toán đẳng cấp chỉ theo điều kiện c−ờng độ và điều kiện mỏi. Các tải trọng qua cầu cũng sẽ đ−ợc tính đẳng cấp của chúng. Nếu đẳng cấp tải trọng nhỏ hơn đẳng cấp các kết cấu thì thông xe đ−ợc.
Trong ch−ơng này, chỉ trình bày một số vấn đề về tính toán lại kết cấu và tính toán đẳng cấp của kết cấu cầu đ−ờng sắt cũ.
3.2. Công thức chung tính toán đẳng cấp cầu thép đ−ờng sắt. sắt.
3.2.1. Xét kết cấu nhịp
Nguyên tắc tính toán năng lực chịu tải của kết cấu nhịp thép bằng ph−ơng pháp phân đẳng cấp:
Khi xác định năng lực chịu tải của kết cấu nhịp và điều kiện khai thác phải xét đến:
• Dạng cấu tạo của kết cấu nhịp và các bộ phận
• Loại vật liệu thép và tính chất cơ học.
• Hiện trạng của kết cấu, các h− hỏng.
• Chất l−ợng chế tạo và thi công kết cấu nhịp
• Sự làm việc thực tế của kết cấu nhịp d−ới tác dụng của các tải trọng.
• Khổ giới hạn thực tế của kết cấu nhịp.
• Vị trí cầu ( trên mặt bằng, trên trắc dọc, phạm vi ga,…)
• Các kết qủa thí nghiệm cầu ( nếu có).
• Các kết quả tính toán lại bao gồm tính toán phân đẳng cấp.
Khi tính toán phân đẳng cấp chỉ xét trạng thái giới hạn thứ nhất về c−ờng độ, ổn định hình dáng và mỏi.
Đẳng cấp của một kết cấu nhịp đ−ợc tính toán theo công thức:
Trong đó:
1+à - Hệ số xung kích.
k - Hoạt tải rải đều t−ơng đ−ơng cho phép (T/m) tính theo các điều kiện của trạng thái giới hạn thứ nhất.
k1 - Hoạt tải rải đều t−ơng đ−ơng của đoàn tàu đơn vị chuẩn.
Các trị số k và k1 đ−ợc tính với cùng một đ−ờng ảnh h−ởng đang đ−ợc xét (cùng độ dài và vị trí đỉnh đ−ờng ảnh h−ởng).
Đẳng cấp của một cấu kiện đ−ợc lấy là trị số nhỏ nhất trong các trị số đẳng cấp của nó đn tính theo các điều kiện khác nhau. đẳng cấp của kết cấu nhịp lấy theo đẳng cấp thấp
à) (1 k k K 1 + =
3.2.2. Xét đoàn tàu.
Đẳng cấp của tải trọng Ko bằng tỷ số của tải trọng rải đều t−ơng đ−ơng của đoàn tàu đang đ−ợc xét (có cả hệ số xung kích) với tải trọng đơn vị chuẩn (có kể hệ số xung kích).
Trong đó:
ko - Tải trọng rải đều t−ơng đ−ơng của đoàn tàu đang đ−ợc phân cấp (T/m). kH - Tải trọng đơn vị chuẩn theo sơ đồ T1, đ−ờng (T/m)
1+ào - Hệ số xung kích của đoàn tàu đang đ−ợc phân cấp (lấy theo Quy trình Thiết kế cầu mới hiện hành hoặc theo kết quả thử nghiệm cụ thể)
1+à - Hệ số xung kích đối với tải trọng đơn vị chuẩn theo sơ đồ T1
Các trị số ko và kH đ−ợc lấy đối với cùng một đ−ờng ảnh h−ởng.
Các tải trọng t−ơng đ−ơng k0 và đẳng cấp tàu Ko đ−ợc xác định với đ−ờng ảnh h−ởng tam giác dài λ =1 -:- 200(m), với hệ số.
Khi xác định tải trọng t−ơng đ−ơng ko phải đặt đoàn tàu đ−ợc xét lên đ−ờng ảnh h−ởng ở vị trí bất lợi nhất để cho giá trị ko đạt lớn nhất. Khi đó có một trong các lực tập trung, đ−ợc gọi là lực chính, sẽ nằm đúng trên đỉnh đ−ờng ảnh h−ởng.
3.3. Tính đẳng cấp dầm chủ và hệ dầm mặt cầu
3.3.1. Nguyên tắc chung
Đối với dầm đặc chủ và các dầm trong hệ mặt cầu của cầu đ−ờng sắt đơn trên tuyến thẳng phải tính toán đẳng cấp cũng nh− kiểm toán d−ới tải trọng thử cầu theo các nội dung sau:
Tính toán theo ứng suất pháp
Tính toán theo ứng suất tiếp
Tính toán về c−ờng độ của đinh tán hoặc bu lông tinh chế, của mối hàn để liên kết bản bụng với bản cánh của dầm.
Tính toán ổn định chung của dầm.
Tính toán ổn đinh cục bộ của bản bụng dầm.