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
Khả năng mang tải thường được đánh giá tương ứng với tải trọng có thể của bất kỳ một đoàn xe nào có trọng lượng đến 40 T.
2.4.2.2. Trạng thái giới hạn :
Nói chung, kết cấu nên được đánh giá bằng việc áp dụng nguyên lý về trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn được chấp nhận ở trong Tiêu chuẩn này là trạng thái giới hạn cực hạn, sử dụng các hệ số thành phần thích hợp. Các công trình xây dựng sau năm 1965 thường được kiểm tra đối với trạng thái giới hạn sử dụng cũng như trạng thái giới hạn cực hạn.
2.4.2.3. Đánh giá giá trị tải trọng :
v Đánh giá tải trọng :
Tải trọng đánh giá, QA*, được xác định thông qua tải trọng danh định, QK, theo công thức :
QA*=γfL.QK (2.28)
Trong đó :
fL
γ là hệ số từng phần của mỗi loại tải trọng được cho trong bảng 2.5
Tĩnh tải bản thân, tải trọng mặt cầu và hoạt tải danh định được trình bày ở phần sau :
Bảng 2.5 : Bảng hệ số từng phần của tải trọng
Loại tải trọng Tĩnh tải bản thân Lớp mặt cầu Hoạt tải
fL
γ 1.15 1.75 1.5
• Khi sử dụng hệ số γfLcho tĩnh tải bản thân và lớp mặt cầu gây ít nguy hiểm hơn thì nên lấy bằng 1.
Hệ số γfL bằng 1.75 đối với lớp mặt cầu có thể giảm xuống bằng 1,2 nếu Cơ quan quản lý cầu chắc chắn rằng bề dày của lớp mặt cầu không tăng lên trong suốt tuổi đời còn lại của cầu
v Tổ hợp tải trọng : Tĩnh tải bản thân và lớp mặt cầu được tổ hợp cùng với hoạt tải theo các hệ
số đã cho ở trên.
2.4.2.4. Đánh giá hiệu ứng tải :
Hiệu ứng tải đánh giá, SA*, được xác định từ tải trọng đánh giá theo mối quan hệ : SA* = γf3.(hiệu ứng của QA*) = γf3.(hiệu ứng của γfL.QK) (2.29) Trong đó : 3 f
γ là hệ số được xác định từ sự đánh giá không chính xác của hiệu ứng tải như là sự phân bố ứng suất không lường trước được trong kết cấu, sự không chính xác trong mô hình tính toán, và sự thay đổi trong độ chính xác kích thước từ các kết quả đo đạc. Hiệu ứng của tải trọng đánh giá đạt được bằng cách sử dụng dạng phân tích phù hợp như theo yêu cầụ Trong Tiêu chuẩn này hệ số γf3được lấy bằng 1,1.
2.4.2.5. Đánh giá sức kháng :
v Sức kháng đánh giá :
Sức kháng đánh giá, RA*, được xác định từ sức kháng tính toán, R*, nhân với hệ số điều kiện Fc (khi yêu cầu) như sau :
*
. * F R
Trong đó : R* và Fc được xác định theo các mục 3.12 đến 3.17 và 3.18- 3.19. v Sức kháng tính toán : Sức kháng tính toán R* được xác định từ cường độ vật liệu và các tính chất của mặt cắt đo đạc và được tính toán theo biểu thức sau :
R* = hàm(fk/γm) (2.31)
Trong đó :
fk là cường độ đặc trưng (hay danh định) của vật liệu và γm là hệ số từng phần của cường độ vật liệu được cho trong bảng 2.6
Bảng 2.6 : Hệ số từng phần cho cường độ vật liệu
Loại vật liệu Bê tông Cốt thép thường Cáp dự ứng lực
γfL 1.50 1.15 1.15
Khi có thể, nên đo đạc bề dày bê tông chất lượng tốt để xác định R* (có xét đến ăn mòn và nứt trong cấu kiện).
v Hệ số điều kiện (tình trạng) :
Nếu không thể đo được bề dày bê tông tốt hoặc nếu có sự không chắc chắn trong việc xác định sức kháng thì cần đưa vào trong tính toán sức kháng một hệ số gọi là hệ số điều kiện (tình trạng).
2.4.2.6. Kiểm tra sự phù hợp của kết cấu :
Kết cấu được xem là có khả năng chịu được tải trọng đánh giá khi công thức sau đây thoả mãn : RA*≥ SA*
Hoặc Fc. hàm (fk/γm) ≥ γf3(hiệu ứng của γfL.QK)
Khi công thức trên không thoả mãn, cần phải xem xét đến việc giảm tải trọng hoặc làn xe và sửa chữa, gia cường hoặc xây dựng lại một cách phù hợp.
2.4.2.7. Đánh giá mỏi :
2.4.2.8. Thử tải :
Theo Tiêu chuẩn Anh, việc thử tải không phải thường xuyên bắt buộc để đánh giá kết cấu vì rất tốn kém, có thể xẩy ra hư hỏng cho kết cấu khi thực hiện thử tải và rất khó khăn trong việc diễn giải kết quả thử tảị Việc thử tải chỉ được xem xét đối với các kết cấu khi sự làm làm việc của nó là không chắc chắn hoặc đối với cường độ vật liệu tại các mặt cắt giới hạn. Cần phải chú ý rằng việc thử tải tự nó không phù hợp để đánh giá trực tiếp khả năng chịu tải của kết cấu chịu nhiều điều kiện tải trọng khác nhaụ Do đó, việc thử tải chỉ cung cấp thêm thông tin cho việc phân tích và không được xem như là sự thay thế cho các phương pháp đánh giá thông thường.
Mục đích của việc thử tải là để kiểm tra sự làm việc của kết cấu dưới tải trọng thực và kiểm tra lại phương pháp phân tích đã sử dụng cũng như tăng độ chính xác và hợp lý của mô hình đánh giá kết cấụ Trong quá trình thử tải cần phải tiến hành các đo đạc hợp lý nhằm kiểm tra lại mô hình đánh giá một cách phù hợp nhất. Mô hình đánh giá có thể được điều chỉnh nếu thấy cần thiết.
2.4.3.Tính chất của vật liệu :
2.4.3.1. Cốt thép :
Theo Tiêu chuẩn này, cốt thép trước năm 1960 có cường độ danh định được xem là không quá 230N/mm2. Đối với cốt thép sau năm đó, cường độ của nó được lấy theo các Tiêu chuẩn thiết kế thích hợp.
ăn mòn và hư hại có thể ảnh hưởng đến cường độ và tính mềm của cốt thép. Đối với cốt thép chịu kéo, khi sự mất mát tiết diện nhỏ hơn khoảng 50%, cường độ thiết kế danh định và độ mềm tương ứng được đưa vào trong đánh giá. Khi sự mất mát tiết diện lớn hơn 50%, một giá trị cường độ thích hợp và độ mềm của cốt thép phải dựa vào kết quả thí nghiệm.
2.4.3.2. Cốt thép dự ứng lực :
Cường độ danh định của cáp dự ứng lực được chỉ định theo Viện Tiêu chuẩn Anh năm 1955. Các giá trị cho cáp dự ứng lực trước năm đó được lấy
trong các tài liệu ứng với thời điểm đó.
2.4.3.3. Bê tông :
Đối với bê tông trước năm 1939, cường độ danh định lấy không lớn hơn 15 N/mm2. Cường độ của bê tông có thể lấy theo BS 5400. Trong đó cường độ bê tông được định nghĩa là cường độ nhỏ mẫu lập phương 28 ngàỵ
Trong Tiêu chuẩn này không trình bày việc đánh giá cường độ bê tông trong kết cấụ Việc đánh giá đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu bằng thí nghiệm trên mẫu được trình bày trong BS 6089: 1981.
2.4.4. Tải trọng :
2.4.4.1. Tổng quát :
Kết cấu nhịp cầu được đánh giá theo các tải trọng yêu cầu được trình bày dưới đâỵ Các loại tải trọng này bao gồm tĩnh tải, hoạt tải HA, HA bao gồm tải phân bố đều UDL và tải tập trung KEL.