Khả năng chịu tải được biểu thị bằng một xe (bánh lốp hay bánh xích) hoặc kiểm toán cho một loại xe cụ thể để xác định khả năng nội lực cho phép do hoạt tải gây ra được tính theo công thức sau:
v Theo điều kiện cường độ :
k g g ghI a n S n S S −∑ = ] [ ( 2.18)
v Theo điều kiện độ bền chống nứt :
8 , 0 ] [ −∑ = g ghIII a S S S (2.19) Trong đó:
• SghI - nội lực (mô men uốn, lực cắt..) giới hạn mà mặt cắt của cấu kiện phải chịu theo điều kiện cường độ, tính toán theo quy trình thiết kế cầu hiện hành.
• SghIII - nội lực giới hạn mà mặt cắt của cấu kiện phải chịu theo điều kiện độ bền chống nứt, tính theo quy trình hiện hành.
• Sg - nội lực trong mặt cắt cấu kiện do trọng lượng bản thân gây rạ
• ng – hệ số vượt tải của tĩnh tải
• nk – hệ số vượt tải do hoạt tải đơn chiếc hay xe nặng cụ thể gây rạ Trị số tính toán là giá trị nhỏ hơn trong hai công thức trên.
Khi kiểm toán với đoàn xe ôtô tiêu chuẩn thì nội lực cho phép do hoạt tải gây ra được tính theo công thức sau:
v Theo điều kiện cường độ :
ε à). 1 ( ] [ + − − = ∑ a t t g g ghI a n S n S n S S (2.20)
v Theo điều kiện độ bền chống nứt :
ε ∑ − − = g t ghIII a S S S S] [ (2.21)
Trong đó:
• nt, St - hệ số vượt tải và nội lực do tải trọng người đi trên đường bộ hành của cầu gây ra tại mặt cắt của cấu kiện.
• na (1+à), ε - hệ số vượt tải, hệ số xung kích và hệ số làn xe của đoàn xe ô tô. Giá trị của các hệ số nay được quy định trong 22 TCN 18-79
• Các ký hiệu khác có ý nghĩa tương tự phần trên
Mômen uốn tiêu chuẩn tại mặt cắt trong các cấu kiện BTCT được xác định theo công thức: [ ] ù r u u n I gh M R m m M . . σ = (2.22) Trong đó :
• Mn - mômen toàn phần trong mặt cắt cấu kiện, tính theo tiêu chuẩn của năm thiết kế
• Ru - cường độ tính toán của cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành
• [σu] - ứng suất cho phép của cốt thép theo tiêu chuẩn năm thiết kế.
• mf - hệ số điều kiện làm việc, nếu không có hư hỏng mf = 1.
• Hệ số điều kiện làm việc, đối với các cấu kiện của hệ dầm cầu đổ tại chỗ có xét đến hiệu ứng vòm (bảng 2.4).
Bảng 2.4: Hệ số làm việc có xét đến hiệu ứng vòm
Cấu kiện và đặc trưng mv Bản mặt cầu có các cạnh a và b Khi 2/3 ≤ a/b ≤ 3/2 1,25
a/b ≤ 2/3 1,00 Dầm phụ nhiều nhịp ngang và dọc Các nhịp giữa 1,20 Các nhịp biên 1,10 Dầm ngang một nhịp 1,10
Trong tính toán khi dùng đến các số liệu về cường độ của vật liệu và có xét đến các hư hỏng thực tế thì :
v Cường độ bê tông lấy theo cường độ và môđun đàn hồi thí nghiệm được từ mẫu khoan thực tế trên kết cấu, hoặc có được qua xử lý các số liệu có được từ các thử nghiệm không phá hủy (siêu âm, bắn súng ).
v Cường độ của thép lấy ttheo số liệu trong hồ sơ kỹ thuật cầu hoặc căn cứ vào kết quả thí nghiệm mẫu thép thực tế lấy từ cầụ
v Những chỗ bê tông sứt vỡ, nếu miền bị kéo thì bỏ qua, nếu thuộc miền chịu nén thì phải xử lý bằng cách giảm diện tích miền chịu nén tương ứng.
v Cốt thép bị cắt đứt hoặc bị gỉ phải xử lý bằng cách giảm diện tích cốt thép tương ứng trong tính toán.
Có thể thấy rằng tiêu chuẩn này thực chất là BCH 32-78
2.3.3.Đánh giá kết cấu nhịp dầm BTCT dự ứng lực :
2.3.3.1. Quy định chung :
v Trong quy trình này có đưa ra hướng dẫn cách tính toán khi kiểm định các kết cấu nhịp cầu BTCT dự ứng lực thuộc các hệ dầm giản đơn, dầm hẫng, dầm liên tục có cốt thép dự ứng lực căng trước hoặc căng saụ
v Các chỉ dẫn này không áp dụng cho kết cấu dự ứng lực ngoàị
v Khi kiểm định các cầu khung bằng BTCT dự ứng lực, có thể tham khảo các hướng dẫn ở đâỵ
2.3.3.2. Các đặc trưng vật liệu bê tông, cốt thép :
Mác bê tông của kết cấu lấy theo hồ sơ kỹ thuật cầụ
v Khi không có hồ sơ thì có thể xác định bằng các phương pháp thử nghiệm.
v Cần xác định số liệu cường độ bê tông thực tế tại các mặt cắt đặc trưng, tại các chỗ hư hỏng.
v Mác bê tông thực tế Zcm được tính theo phương pháp thống kê từ các số liệu thực tế.
Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông thực tế, ký hiệu Zc là trị số thu được sau khi xử lý số liệu đo theo nguyên tắc thống kê toán học. Mức đồng đều chất lượng của bê tông được đánh giá theo chỉ tiêu sau:
v Nếu mác bê tông thực tế Zcm ≤ 1,1 Zc thì chất lượng bê tông là đồng đều
v Nếu mác bê tông thực tế Zcm > 1,5 Zc thì chất lượng bê tông là không đồng đều
Cường độ chịu kéo đặc trưng của bê tông, ký hiệu Zt được xác định theo công thức :
Zt = 0,6 + 0,06 Zc (Mpa) (2.23)
Các trị số ứng suất giới hạn của bê tông khi khai thác phải thoả mãn:
v ứng suất nén không được lớn hơn 0,5 Zc.
v ứng suất kéo không được lớn hơn 1,5 Zt.
Các trị số này dùng để kiểm toán và quyết định tải trọng sẽ dùng khi thử tải cầụ
Cường độ tính toán chịu nén của bê tông δbc khi kiểm toán theo trạng thái giới hạn phá huỷ được lấy bằng :
b ci bc Z γ δ =0,85 (2.24) γb = 1,3 - là hệ số độ tin cậy của vật liệu
Cường độ tính toán chịu cắt trượt của bê tông khi kiểm toán theo trạng thái giới hạn phá huỷ được lấy bằng:
b ci bc Z γ δ =0,15 (2.25)
Mô đun biến dạng của bê tông:
v Dưới tác động của hoạt tải lấy theo mô đun biến dạng tức thời :
Ei =11003 Zc (Mpa) (2.26)
v Khi tính toán dưới tác động của tĩnh tải lấy theo mô đun biến dạng dọc dài hạn :
Et Zc
3 1100
= (Mpa) (2.27)
Cường độ đặc trưng ứng với giới hạn kéo đứt của cốt thép cường độ cao trong kết cấu nhịp được lấy theo hồ sơ thiết kế hay hồ sơ hoàn công.
Mô đun đàn hồi quy ước:
v Đối với dầm và khung dùng cốt thép sợi φ5 (Nga) thì E = 180 000 MPạ
v Đối với đâm và khung dùng cốt thép bó xoắn thì E = 200 000 MPạ
Mô đun đàn hồi của cốt thép thường Es = 210 000 MPa; để thiên về an toàn trong quá trình tính toán không xét sự có mặt của cốt thép thường.
2.3.3.3. Kiểm toán xác định năng lực chịu tải :
Tính toán nội lực bản mặt cầu: căn cứ vào cấu tạo mà lựa chọn sơ đồ tính là bản hẫng, bản kê hai cạnh hay bốn cạnh.
v Với cầu lắp ghép có mối nỗi ở bản hay ở dầm ngang có hư hỏng thì tuỳ theo hiện trạng và mức độ hư hỏng mà đề ra các sơ đồ - giả thiết khác nhau để tính nội lực khi chịu lực cục bộ.
v Khi tính toán sơ bộ thấy không bảo đảm an toàn thì cần phải thử nghiệm để đo ứng suất - chuyển vị dưới tác động của hoạt tải để có căn cứ kết luận về khả năng chịu lực thực tế của bản.
v Tính toán nội lực trong dầm chủ :
Có thể sử dụng các phương pháp tính toán hệ số phân bố ngang theo các lý thuyết cơ học, tuy vậy để có phân bố ngang chính xác của hoạt tải tốt nhất là đo độ võng các dầm chủ dưới tác động của hoạt tải thử xếp tĩnh trên cầu theo sơ đồ bất lợi nhất tương ứng và sử dụng kết quả này để tính hệ số phân bố ngang.
Trong quá trình tính toán phải xem xét đầy đủ các yếu tố sau:
• Hiện trạng liên kết ngang.
• Cấu tạo và hiện trạng gối cầụ
• Các sơ đồ tải trọng bất lợi nhất theo phương ngang và dọc cầụ
• Các trường hợp tải trọng khai thác thực tế thường gặp.
Có thể sử dụng phương pháp gối đàn hồi hay phương pháp nén lệch tâm để tính hệ số phân bố ngang. Có thể sử dụng số liệu hệ số phân bố ngang tính toán lý thuyết so sánh với trị số này theo kết quả thử tải để đánh giá thực trạng kết cấu nhịp và xem phương pháp tính nào phù hợp hơn với kết cấu nhịp nàỵ
v Tính toán chuyển vị của dầm chủ :
• Cần tính chuyển vị dọc và chuyển vị quay ở đầu kết cấu nhịp dưới tác động của hoạt tải và nhiệt độ.
• Cần tính độ võng lớn nhất do hoạt tải tiêu chuẩn gây ra ở các đầu mút hẫng, các mặt cắt giữa nhịp và 1/4 nhịp, sau đó so sánh với trị số độ võng cho phép trong quy trình thiết kế cầụ Nếu độ võng tính toán lớn hơn độ võng cho phép thì cần thử tải để xác minh. Chú ý so sánh với hồ sơ hoàn công, hồ sơ kiểm định trước để dự báo về nguy cơ hư hỏng: đứt cốt thép dự ứng lực, tụt hay gỉ một số sợi cốt thép dự ứng lực, tụt hay hư hỏng mấu neo
• Việc tính toán được thực hiện theo các quy trình thiết kế cầu và các nguyên lý cơ học.
v Tính toán chu kỳ dao động :
Tính toán chu kỳ dao động tự do và so sánh với trị số cho phép của nó được tiến hành theo các quy định của quy trình thiết kế cầụ Kết quả đo dao động tự do sẽ được so sánh với trị số cho phép trong quy trình và kết hợp với số liệu tính để chuẩn hoá mô hình tính toán sử dụng cho kiểm toán ứng suất và chuyển vị của cầu dưới tác dụng của hoạt tảị
v Kiểm toán mặt cắt về cường độ theo mômen uốn:
• Dựa vào trị số của mômen tính toán do tổ hợp tải trọng bất lợi nhất mà tiến hành kiểm toán khả năng chịu lực giới hạn của các mặt cắt đặc trưng của kết cấu nhịp theo các công thức trong quy trình thiết kế cầụ
• Những chỗ bị giảm yếu ở miền bê tông chịu nén của mặt cắt đang xét thì trong tính toán phải giảm bớt theo diện tích vùng hư hỏng. Chất lượng vật liệu giảm yếu thì phải giảm cường độ tính toán của vật liệu tương ứng theo kết quả kiểm trạ
v Kiểm toán khả năng chống nứt
Việckiểm toán thực hiện đối với các mặt cắt đặc trưng theo các công thức và các quy định trong quy trình thiết kế cầụ Nguyên tắc xét đến hư hỏng trong tính toán tương tự trên.
Nếu không phát hiện thấy vết nứt do tĩnh tải thì mất mát dự ứng lực trong cốt thép tính theo quy trình thiết kế với giá trị giả định:
• Cốt thép φ5 cường độ cao: σKT = 1100 Mpạ
• Cốt sợi bó xoắn 7 sợi cường độ cao: σKT = 0,7.Zs’ = 0,7.1600 = 1120 Mpạ
• Sau khi tính được trị số ứng suất trong các thớ biên của mặt cắt dưới các tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn bất lợi phải so sánh với các điều kiện:
• Hạn chế ứng suất nén quá mạnh.
• Hạn chế ứng suất kéọ
• Ưng suất của bê tông nằm trong giới hạn cho phép.
Nếu kết quả tính cho thấy mặt cắt bị nứt thì cần khảo sát tỉ mỉ và thử tải để đưa ra kết luận về khả năng chống nứt của cấu kiện.
v Tính toán khả năng giới hạn chịu lực cắt :
• Nếu khi kiểm tra không phát hiện thấy vết nứt nghiêng thì việc kiểm toán thực hiện theo đúng quy định của quy trình thiết kế do tổ hợp tải trọng bất lợi nhất sinh rạ
• Nếu khi kiểm tra phát hiện thấy vết nứt nghiêng thì ngoài việc kiểm toán thực hiện như trên còn phải kiểm toán cường độ ở những mặt cắt nghiêng đã bị nứt trước đó.
v Các nội dung kiểm toán khác :
• Nếu kết quả khảo sát cho thấy có vết nứt nằm ngang dọc cầu chỗ tiếp giáp bản cánh chịu nén với sườn dầm chủ thì cần phải tiến hành tính toán ứng
suất tiếp ở chỗ đó để lấy số liệu phân tích cũng như tính toán về xoắn dầm chủ.
• Đối với các kết cấu BTCT dự ứng lực lắp ghép cần tiến hành kiểm toán các mối nối theo các công thức phù hợp quy định trong các quy trình thiết kế cầụ Với các mối nối dầm bằng keo Êpoxy cần giảm cường độ keo dán và giả thiết mất bớt dự ứng lực theo kết quả thực tế.
• Khi không có hồ sơ cũ về cấu tạo bố trí cốt thép trong bê tông thì có thể tham khảo các kết cấu tương tự hoặc dùng các các phương pháp xác định khác như chụp bằng tia phóng xạ,.
2.3.4.Nhận xét:
v Quy trình 22TCN 243-98 đã sử dụng nhiều kết quả của Quy trình BCH 32-78, nhưng phân biệt kết cấu BTCT và BTCT ƯST, thử tải tĩnh và động đồng thời cũng cập nhật một số vấn đề mớị
v Trong việc trình bày của tiêu chuẩn còn nhiều điểm chưa rõ ràng, chẳng hạn giả thiết mất bớt dự ứng lực với các mố nối bằng keo Êpôxy theo kết quả thực tế - điều này rất khó thực hiện, hay sử dụng phương pháp chụp tia phóng xạ để xác định cấu tạo, bố trí cốt thép trong bê tông là việc không khả thị
v Đặc biệt phần trình bày đối với kết cấu nhịp dầm BTCT DƯL còn chưa đầy đủ, thiếu đồng bộ và nhiều chỗ còn trình bày chung chung.
2.4.Đánh giá cầu dầm BTCT theo tiêu chuẩn Anh BD 21-93
2.4.1.Kiểm tra phục vụ đánh giá :
2.4.1.1. Giới thiệu chung :
Việc đánh giá khả năng chịu tải của một kết cấu nói chung và kết cấu dầm cầu BTCT nói riêng không chỉ bao gồm việc phân tích và tính toán mà còn bao gồm việc kiểm tra kết cấụ Việc kiểm tra trên là cần thiết để xác định dạng kết cấu, kích thước kết cấu, bản chất và tình trạng của các cấu kiện liên kết kết cấụ Việc kiểm tra không chỉ thực hiện đối với các cấu kiện riêng lẻ mà còn xác định tình trạng của kết cấu tổng thể đặc biệt chú ý đến tất cả các dấu hiệu và nguyên nhân của hư hỏng.
2.4.1.2. Kiểm tra để xác định tải trọng :
Các kết cấu phải được kiểm tra để xác định loại vật liệu và các kích thước cần thiết để tính toán tải trọng danh định QK. Cần phải thực hiện các khảo sát chi tiết kích thước hình học của kết cấu để tính được giá trị tĩnh tải và các tải trọng tác động thêm một cách chính xác, tham khảo các bản vẽ hoàn công nếu có.
Hoạt tải phụ thuộc vào số làn xe khai thác trên cầụ Chiều rộng tĩnh không và vị trí của các làn xe được xác nhận. Tương tự như vậy, khi dầm nằm nên đường cong cần xác định các yếu tố đường cong để tính toán lực ly tâm.
2.4.1.3. Kiểm tra để xác định sức kháng:
Cần kiểm tra kết cấu để ghi nhận tất cả các thông số cần thiết để xác định cường độ của các thành phần và cấu kiện, bao gồm các hư hỏng có thể có như nứt, ăn mòn, lún, hư hại vật liệu và các tổn hại khác Kiểm tra phải cung cấp được :
v Kích thước của các bộ phận kết cấu dầm cầu;
v Các hư hỏng của các bộ phận kết cấu;
2.4.2.Mục tiêu và phương pháp :
2.4.2.1. Giới thiệu chung :
Mục tiêu của đánh giá là phải xác định được tải trọng mà một kết cấu đã cho có thể chịu được dưới dạng tải trọng xe, mà không gây hư hại nghiêm trọng gây nguy hiểm đến người và nhà cửa gần kết cấụ