CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III
1.3. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG TÁC SỬA CHỮA, GIA CƯỜNG CẦU YẾU
1.3.2. Gia cường bằng phương pháp căng cáp DƯL ngoài
1.3.2.1. Khái niệm về dự ứng lực ngoài:
- Kết cấu BTCT DƯL ngoài là kết cấu có cốt thép DƯL đặt ngoài tiết diện bê tông. DƯL chỉ tác động vào tiết diện BT từ bên ngoài qua một số điểm liên kết, tại đó cốt thép DƯL và bê tông cùng biến dạng. Công nghệ DƯL ngoài chỉ tác động vào bê tông như một ngoại lực tác động ở những điểm có liên kết.
- Về cấu tạo: Có những bộ phận riêng không giống như kết cấu bê tông DƯL trong. Những bộ phận này phải được tính toán và cấu tạo chi tiết có xét tới tình trạng cầu cũ và sự làm việc của cầu sau khi tăng cường bằng DƯL.
- Về thi công: Đối với công trình sử dụng DƯL trong sau khi căng kéo thép mới bơm vữa còn đối với công trình áp dụng DUL ngoài thì bơm vữa xi măng rồi mới căng.
1.3.2.2. Các hình thức bố trí cáp DƯL ngoài:
Thường chúng ta có hai cách bố trí cáp ngoài dọc cầu, như sau:
- Bố trí theo tuyến cáp thẳng: Bố trí theo cách này đơn giản và dễ thi công vì không có các chi tiết chuyển hướng, không phải bố trí cấu tạo phức tạp ở điểm gẫy khúc. Ma sát cốt thép trên thực tế coi như bằng không. Nhưng nhược điểm là hiệu suất kém không cải thiện được sức chống cắt của dầm. Tuyến thẳng không tranh thủ được độ lệch tâm của cáp DUL ngoài.
2 B-B 3 B
1 2
B
Hình 1.17. Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngoài tuyến cáp thẳng 1-Dầm chủ BTCT; 2-Vấu neo cáp DUL ngoài; 3-Cáp DUL ngoài - Bố trí theo tuyến cáp gẫy khúc: Tuyến cáp gẫy khúc đi sát theo biểu đồ mômen uốn hơn và tăng cường được sức chống cắt của dầm. Tuy nhiên tuyến cáp này phải tạo ra các chi tiết chuyển hướng, làm tăng tĩnh tải và thi công khó khăn hơn. Do gấp khúc nên khi căng kéo bị mất ứng suất do ma sát nhiều hơn. Dù vậy nhưng trong thực tế tuyến cáp dạng này được sử dụng phổ biến hơn.
2
4 4
2
C 1 2
3 C
C-C
4
Hình 1.18. Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngoài tuyến cáp gẫy khúc 1-Dầm chủ BTCT; 2-Vấu neo cáp DUL ngoài; 3-Cáp DUL ngoài; 4-Vấu chuyển hướng
4 3
2 1
Hình 1.19. Tăng cường dầm cầu đơn giản BTCT nhiều nhịp bằng DUL ngoài để liên tục hoá các nhịp dầm
1-Dầm chủ BTCT; 2-Vấu neo cáp DUL ngoài; 3-Cáp DUL ngoài; 4-Vấu chuyển hướng
1.3.2.3. Các giả thiết trong tính toán và cấu tạo:
Các bó cáp DƯL ngoài không cùng biến dạng với bê tông tiết diện có nghĩa là không cùng chịu lực (ngoài các điểm liên kết neo ở chỗ chuyển hướng) cho nên khi xác định tính năng tiết diện trong giai đoạn làm việc đàn hồi của kết cấu, không tính đổi thép theo tỷ lệ môđun đàn hồi.
Không xét sự thay đổi lực căng các bó cáp DƯL ngoài khi có hoạt tải hoặc khi nhiệt độ thay đổi. Ở trạng thái thứ nhất khi biến dạng bê tông lớn nhất cũng không tính số gia của bó cáp DƯL ngoài và cần hạn chế giới hạn kéo dài của bê tông.
Trong DƯL ngoài không tính mất mát ứng suất của các bó cáp căng trước khi căng các bó sau. Nhưng các bó cáp DƯL ngoài tác động vào bê tông kết cấu cho nên các bó cáp DƯL trong có sẵn phải chịu mất mát ứng suất. Điều không làm với DƯL trong thì nhất thiết phải làm với DƯL ngoài là kiểm toán trạng thái giới hạn tối về mất ổn định hình dạng nếu bó cáp không liên kết chặt với bê tông một đoạn dài.
Vì cốt thép DƯL ngoài không cùng chế độ dao động như bản thân kết cấu, phải tính toán và cấu tạo cho chu kì dao động của bó cáp khác xa với chu kì dao động của kết cấu.
Xác định lượng cáp DƯL dọc trong bê tông có nghĩa là xác định lực tối đa khi căng kéo và lực tối thiểu có hiệu của mỗi bó cáp, số lượng các bó cáp và vị trí đặt của chúng sao cho cân bằng được ứng suất kéo khi hoạt tải tác động.
1.3.2.4. Ưu nhược điểm của phương pháp căng cáp DƯL ngoài:
a) Ưu điểm:
- Phương pháp có chi phí rẻ hơn so với các phương án đòi hỏi phải xây dựng lại các bộ phận chính. Khi tăng cường sửa chữa bằng giải pháp dự ứng lực ngoài, các thiết bị được sử dụng khá gọn nhẹ và dễ sử dụng.
- Hiệu quả trong việc tăng cường chống nứt trong kết cấu bê tông, đồng thời cải thiện được sức kháng uốn và sức kháng cắt mà không làm tăng thêm tĩnh tải kết cấu.
- Do kết cấu lộ ra bên ngoài nên có thể dễ dàng kiểm tra và bảo dưỡng, làm nâng cao độ tin cậy của kết cấu cũng như mất mát ứng suất hay hư hại dưới tác dụng của các va đập hay ăn mòn có thể đánh giá dễ dàng bằng việc kiểm tra đơn giản.
- Các tao cáp trong trường hợp cần thiết có thể căng kéo lại hay thay thế dễ dàng.
- Có thể tăng cường kết cấu bằng giải pháp dự ứng lực ngoài mà không có các ảnh hưởng lớn tới sự khai thác hiện tại của kết cấu.
b) Nhược điểm:
- Ứng dụng của phương pháp rất phụ thuộc vào điều kiện hiện hữu của công trình. Các cầu bê tông có cường độ xấu không thể kéo quá lực cho phép. Do vậy cần phải tiến hành khảo sát kỹ lưỡng và có các giải pháp gia cường trước khi tiến hành căng kéo.
- Việc thi công các ụ neo và ụ chuyển hướng có thể khó khăn trong một số trường hợp. Các chi tiết trong thiết kế cần phải chi tiết để đảm bảo không hư hại đến các kết
cấu hiện hữu, đặc biệt là thép dự ứng lực.
- Các thép dự ứng lực phải có tính bền với môi trường do thường xuyên phải bố trí tại các vị trí có nước chảy từ trên mặt cầu xuống.
- Việc đánh giá sức kháng cắt của kết cấu dầm dự ứng lực khá khó khăn.
- Hơn nữa, các giải pháp cấu tạo và bố trí thi công tại khu vực đầu dầm chịu cắt rất khó. Vì vậy có thể sử dụng giải pháp dự ứng lực ngoài cho việc tăng cường năng lực kháng mô men.
- Giải pháp tăng cường bằng dự ứng lực ngoài thường hay phải gặp khó khăn khi khu vực bố trí chật hẹp.
- Về hình thức áp dụng, một số các giải pháp sử dụng dự ứng lực ngoài có tính thẩm mỹ không cao và tạo ấn tượng về công trường được sửa chữa.
- Trong quá trình thiết kế và thi công đòi hỏi phải có sự cần thận và rất chi tiết.
Đặc biệt là không thể thực hiện căng cáp DƯL khi vừa thi công vừa lưu thông xe cộ qua lại trên cầu.