CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG GỐI CẦU
2.1. CÁC DẠNG HƯ HỎNG GỐI CẦU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG HƯ HỎNG CỦA GỐI CẦU TỚI AN TOÀN KHAI THÁC CHO CÔNG TRÌNH CẦU
2.1.1. Các dạng hư hỏng gối cầu
- Gối cầu là bộ phận không lớn trong cầu tuy nhiên những hư hỏng ở gối cầu có thể dẫn tới làm hư hỏng ở các bộ phận khác, chẳng hạn gối cầu bị nghiêng lệch sẽ làm cho dầm bị xoắn và gây ra các vết nứt cho dầm….
- Gối thép bị gỉ, lún nứt xung quanh đá kê.
- Gối bị cập kênh, thớt dưới ko kê khít lên bệ gối do bulong neo thớt gối bị hư hỏng, bệ kê gối bị nứt, nghiêng lệch.
- Gối bị dịchchuyển lệch khỏi thớt gối.
- Gối cao su ko còn đàn hồi do cao su bị lão hóa, khi đó gối sẽ hạn chế chuyển vị dọc của KCN.
- Đối với gối con lăn: con lăn xô lệch khỏi vị trí, tim con lăn xiên góc so với hướng dọc cầu, con lăn bị xô nghiêng ko có khả năng đứng trở lại gọi là hiện tượng kẹt con lăn. Nếu là gối trên mố cầu thì đầu nhịp thường chống vào đỉnh mố.
- Gối cao su bị xé rách, các lớp thép và cao su bị bong rời.
2.1.2. Đánh giá ảnh hưởng của hư hỏng gối cầu tới khả năng khai thác của cầu
Khi các gối di động mất khả năng dịch chuyển, nếu nhiệt độ thay đổi, kết cấu dầm chủ có xu hướng co giãn tuy nhiên vì gối mất khả năng di động nên trong dầm sẽ xuất hiện các ứng lực bất lợi tương tự như trường hợp đầu dầm chịu chuyển vị cưỡng bức. Điều này có thể làm gia tăng ứng lực, giảm tải trọng khai thác. Tác động ảnh hưởng này sẽ được phân tích như sau:
Dưới tác động của thay đổi nhiệt độ, dầm sẽ bị co giãn, phần co giãn này của dầmsẽ được đảm bảo ở vị trí gối di động. Giả sử tại thời điểm dầm đang bị co giãn, gối bị hư hỏngmất khả năng dịch chuyển, khi đó dầm sẽ chịu tác động tương ứng dạng chuyển vị cưỡng bức với giá trị chuyển vị cưỡng bức bằng với giá trị dịch chuyển của gối tại thời điểm đó.
Tiến hành mô hình tính toán với hai trường hợp sử dụng phần mềm Midas/Civil.
Trường hợp 1 là cầu dầm hộp giản đơn có chiều dài nhịp là 50m, bề rộng cầu 12m, khổ cầu 2x3,57+2x1,5m, bê tông dầm cấp 50 Mpa. Trường hợp 2 là cầu dầm Super-T giản đơn có chiều dài nhịp là 38m, bề rộng cầu 18,5m, khổ cầu 4x3,5+2x1,5m, bê tông dầm cấp 50. Cáckích thước chi tiết được thể hiện trên Hình 2.1 và Hình 2.2.
Hình 2.1. Thông số cầu dầm hộp giản đơn
1750
704 882,5
2450
Hình 2.2. Thông số cầu dầm Super-T giản đơn
Mô hình sẽ được tính toán với bốn trường hợp: Trường hợp 1 (TH1) là gối cầu làm việc bình thường (đảm bảo khả năng dịch chuyển theo thiết kế); Trường hợp 2 (TH2) là gối cầu chỉ bị khống chế chuyển vị theo phương X (chỉ bị chuyển vị cưỡng bức theo phương X); Trường hợp 3 (TH3) là gối cầu chỉ bị khống chế chuyển vị theo phương Y (chỉ bị chuyển vị cưỡng bức theo phương Y); Trường hợp 4 (TH4) là gối cầu bị khống chế chuyển vị theo hai phương X và Y (bị chuyển vị cưỡng bức theo hai phương X và Y). Giá trị chuyển vị cường bức được thể hiện trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Giá trị chuyển vị cưỡng bức
Phương dịch chuyển
Cầu dầm hộp bê tông giản
đơn Cầu dầm Super-T giản đơn
Gối cầu Gối cầu
G1 G2 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9
Phương X (mm) 0 20 0 0 0 0 25 0 0 0 23
Phương Y (mm) 0 15 0 0 0 0 20 0 0 0 25
a) Cầu dầm hộp bê tông giản đơn b) Cầu dầm Super-T giản đơn Hình 2.3. Mô hình tính toán
Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn và cầu dầm Super-T giản đơn lần lượt được trình bày trong Hình 2.4, Bảng 2.2 và Hình 2.5, Bảng 2.3.
a) Biểu đồ mô men uốn trường hợp 1 b) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 1
c) Biểu đồ mô men uốn trường hợp 2 d) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 2
e) Biểu đồ mô men uốn trường hợp 3 f) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 3
g) Biểu đồ mô men uốn trường hợp 4 h) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 4 Hình 2.4. Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn
Bảng 2.2. Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm hộp giản đơn
Kết quả nội lực lớn nhất
Trường hợp gối di động Trường
hợp 1 (TH1)
Trường hợp 2 (TH2) Trường hợp 3 (TH3) Trường hợp 4 (TH4) Kết quả
tính
So sánh TH2 với TH1 (lần)
Kết quả tính
So sánh TH3 với TH1 (lần)
Kết quả tính
So sánh TH4 với TH1 (lần) Mô men uốn
dương (kN.m) 76.641,3 111.123,0 1,45 76.641,3 1,00 111.869,0 1,46 Mô men uốn
âm (kN.m) 131,0 131,0 1,00 131,0 1,00 131,0 1,00
a) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 3 b) Biểu đồ mô men xoắn trường hợp 4 Hình 2.5. Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm Super-T giản đơn Bảng 2.3. Kết quả tính toán với trường hợp cầu dầm Super-T giản đơn
Kết quả nội lực lớn
nhất
Trường hợp gối di động Trường
hợp 1 (TH1)
Trường hợp 2 (TH2) Trường hợp 3 (TH3)
Trường hợp 4 (TH4) Kết quả
tính
So sánh TH2 với TH1 (lần)
Kết quả tính
So sánh TH3 với TH1 (lần)
Kết quả tính
So sánh TH4 với TH1 (lần) Mô men
uốn dương (kN.m)
9.591,5 25.937,2 2,70 9.591,5 1,00 25.241,1 2,63 Mô men
uốn âm (kN.m)
351 32.152,4 91,61 732,0 2,09 30.896,7 88,03 Từ kết quả phân tích ở trên cho thấy, khi gối di động bị hư hỏng khả năng dịch chuyển, giá trị nội lực tính toán được trong kết cấu dầm sẽ thay đổi theo hướng bất lợi ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ chuyển vị cưỡng bức và hướng chuyển vị cưỡng bức. Điều này có thể gây mất an toàn cho kết cấu hoặc làm giảm tải trọng khai thác của cầu so với thiết kế hoặc so với tải trọng đang khai thác của cầu.
Khi gối mất khả năng dịch chuyển theo phương X, mô men uốn dương tăng lên khoảng 1,45 lần với cầu dầm hộp, tăng lên khoảng 2,7 lần với cầu dầm Super-T. Mô men uốn âm với cầu dầm hộp không thay đổi, với cầu dầm giản đơn tăng lên rất lớn, trong cả hai mô hình mô men xoắn cũng tăng lên khá nhiều.
Khi gối mất khả năng dịch chuyển theo phương Y, mô men uốn với cầu dầm hộp không thay đổi, với cầu dầm Super-T mô men uốn âm tăng lên 2,09 lần. Tuy nhiên trong cả hai mô hình mô men xoắn tăng lên rất nhiều lần.
Khi gối bị mất khả năng dịch chuyển theo hai phương X và Y, cả mô men uốn và mô men xoắn đều tăng lên nhiều, mức tăng thấp nhất ở mô men dương là 1,46 lần
Kết cấu cầu xuất hiện bất kỳ hư hỏng nào sẽ đều tác động xấu đến quá trình khai thác tùy vị trí và mức độ hư hỏng. Nếu hư hỏng khe co giãn, gối cầu và mặt cầu xuất hiện, tốc độ và lưu lượng lưu thông sẽ giảm xuống, có thể gây ra hiện tượng ùn tắc, làm giảm hiệu quả vận chuyểnhàng hóa và hành khách, gây thiệt hại kinh tế - xã hội.
2.2. PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ GÂY HƯ HỎNG GỐI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
2.2.1. Phân tích các yếu tố gây hư hỏng gối
Gối cầu nằm dưới kết cấu nhịp, do đó rất khó để có thể quan sát, đặc biệt nhiều cầu không có hệ thống kiểm tra cầu, không có giải pháp tiếp cận gối cầu ngay từ quá trình thiết kế, thi công. Do đó phải bố trí xe nâng chuyên dụng hoặc sử dụng các hệ thống đà giáo để có thể tiếp cận được gối cầu. Một số nguyên nhân và dạng hư hỏng gối cầu như sau:
Nước thải từ kết cấu phần trên: Nhiều cầu sau một thời gian đưa vào khai thác, hệ thống ống thoát nước bị hư hỏng, bị vỡ hoặc nước chảy xuống từ vị trí khe co giãn làm cho gối bị gỉ, ảnh hưởng tới các cơ cấu dịch chuyển và xoay của gối, đặc biệt là đối với các loại gối di động, gối mặt cầu.
Bụi bẩn tích tụ, độ ẩm không khí và các tác động môi trường: Không gian xung quanh gối thường khá hẹp, kém thoát khí, do đó không gian này thường có độ ẩm cao, đặc biệt đối với các gối có hộp bảo vệ, gối lại thường dễ bị tích tụ bụi bẩn, làm cho hiện tượng gỉ ngày càng được thúc đẩy.
Tình trạng xe quá tải: Khi xe quá tải chạy trên cầu có thể gây ra các phản lực truyền xuống gối lớn vượt qua giá trị thiết kế hoặc khi xe hãm phanh tạo ra lực đẩy dịch chuyển gối lớn có thể gây hư hỏnggối hoặc các cơ chế dịch chuyển của gối.
Công tác duy tu bảo dưỡng không được đảm bảo: Do vị trí đặc thù của gối, công tác duy tu bảo dưỡng thường khó khăn và khó đảm bảo. Vì vậy các hư hỏng bản đầu của gối không được sửa chữa kịp thời sẽ gây ra các hư hỏng lớn cho kết cấu gối cầu.
2.2.2. Biện pháp khắc phục
Thông thường sửa chữa các hư hỏng lớn cũng như thay gối là công việc phức tạp dòi hỏi phái có thiết kế và phải có những thiết bị cần thiết, chẳng hạn phải có kích đủ
lớn dể kích đổng thời các dầm mới có thể thay gối… Ở đây nhiệm vụ chủ yếu của cơ quan quản lý trực tiếp là:
- Thường xuyên dọn sạch đất cát trên xà mũ Iĩầố, trụ để khồng ảnh hường đến gối cầu.
- Định kỳ bôi mờ cho gối cầu thép nhất làgối di động và gối quang treo.
- Lập kế hoạch sửa chữa lớn hoặc thay thế gối khi cần thiết.