Tài liệu Nghiên cứu lựa chọn giải pháp gia cường cầu thủy triều đức phổ quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------- oOo ---------- NGUYỄN HOÀNG TÚ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG CẦU THỦY TRIỀU – ĐỨC PHỔ - QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------- oOo ---------- NGUYỄN HOÀNG TÚ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG CẦU THỦY TRIỀU – ĐỨC PHỔ - QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN XUÂN TOẢN Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Xuân Toản đã nhiệt tình hướng dẫn trong suốt thời gian làm luận văn đồng thời tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến khoa sau đại học Đại học Đà Nẵng và một số đồng nghiệp đã tạo điều kiện và góp ý cho luận văn. Dù đã cố gắng hết mình và được sự giúp đỡ rất nhiều của các cá nhân và tập thể. Nhưng trong khuôn khổ nội dung của một luận văn, mọi khía cạnh của vấn đề mà trong thực tế đòi hỏi có thể chưa giải quyết hết, tác giả xin chân thành cảm ơn và hết sức tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy và các đồng nghiệp. Đà Nẵng, năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Hoàng Tú M CL C LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ M C L C ........................................................................................................................ T M TẮT ........................................................................................................................ DANH M C CÁC H NH ẢNH...................................................................................... DANH M C CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................... DANH M C CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1.Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................ 1 2.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ..................................................................................... 2 3.Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................... 2 4. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................... 2 5.Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 2 6.Kết cấu của luận văn: ................................................................................................... 2 Chƣơng 1: CẤU TẠO CỦA CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ THỰC TRẠNG CỦA CẦU THỦY TRİỀU ............................................................................................. 4 1. Cấu tạo của cầu bêtông cốt thép .................................................................................. 4 1.1. Các bộ phận cơ bản của cầu BTCT .......................................................................... 4 1.2. Phân loại cầu BTCT ................................................................................................. 5 1.3. Một số dạng hư hỏng thường gặp của cầu bêtông cốt thép ...................................... 6 1.3.1. Phần mặt cầu .................................................................................................. 6 1.3.2. Các dạng hư hỏng trên kết cấu dầm chủ BTCT thường và DƯL .......................... 8 1.4. Thực trạng của cầu Thủy Triều ............................................................................... 11 1.5. Các biện pháp gia cường cầu bêtông cốt thép và khả năng ứng dụng vào cầu Thủy Triều ............................................................................................................................ 14 1.5.1. Bao bọc những chỗ hư hỏng bằng lớp bêtông hoặc BTCT ................................. 14 1.5.2. Sử dụng công nghệ dán bản thép ......................................................................... 14 1.5.3. Phương pháp bổ sung dự ứng lực ngoài .............................................................. 17 1.5.4. Công nghệ dán tấm chất dẻo sợi cacbon. ............................................................ 18 1.4. Kết luận chương ..................................................................................................... 21 Chƣơng 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GİA CƢỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP. ............................................................................................................................ 22 2. Lý thuyết tính toán gia cường cầu bê tông cốt thép .................................................. 22 2.1. Tính toán gia cường bằng dán bản thép ................................................................. 22 2.2 Tính toán gia cường bằng gia cường bằng tấm sợi carbon ..................................... 22 2.3. Lựa chọn giải pháp thích hợp ................................................................................. 42 2.4. Kết luận chương ..................................................................................................... 43 CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG KẾT CẤU NHỊP CHO CẦU THỦY TRİỀU..................................................................................................... 44 3. Lựa chon giải pháp gia cường kết cấu nhịp cho Cầu Thủy Triều. ............................ 44 3.1. Các tham số cơ bản của cầu Thủy Triều ................................................................. 44 3.1.1. Số liệu dầm chủ ................................................................................................... 45 3.2. Tính toán đặc trưng hình học mặt cắt ở các gıaı đoạn ........................................... 47 3.2.1. Toạ độ các bó cáp ................................................................................................ 47 3.2.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn I ......................................................... 48 3.2.3. Đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II ....................................................... 51 3.3. Tính toán hệ số phân bố ngang đốı vớı hoạt tảı...................................................... 51 3.3.1. Hệ số phân bố ngang hoạt tải đối với mômen ..................................................... 51 3.3.2. Hệ số phân bố ngang hoạt tải đối với lực cắt ...................................................... 52 3.3.3. Tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải .................................................. 52 3.4. TÍNH TOÁN NỘI LỰC ......................................................................................... 53 3.4.1. Diện tích đường ảnh hưởng ................................................................................. 53 3.4.2. Nội lực do tĩnh tải ................................................................................................ 53 3.4.3. Nội lực do hoạt tải ............................................................................................... 54 3.4.4. Tổ hợp nội lực...................................................................................................... 56 3.5. KIỂM TOÁN .......................................................................................................... 58 3.5.1. Kiểm toán cường độ ............................................................................................ 58 3.5.2. Kiểm toán sức kháng cắt ..................................................................................... 60 3.6. Tính toán tăng cường .............................................................................................. 62 3.6.1. Các thông số Kỹ thuật của sợi ............................................................................ 62 3.6.2. Mô hình tính toán ................................................................................................ 62 3.6.3. Tính toán các thông số tăng cường ...................................................................... 63 3.7. Tính toán tăng cường chống cắt ............................................................................. 67 3.7.1. Đặc trưng vật liệu ................................................................................................ 68 3.7.2. Tính toán biến dạng trong tấm sợi chịu ............................................................... 68 3.7.3. Tính toán khả năng tăng cường của tấm sợi ........................................................ 69 3.7.5. Sức kháng cắt của dầm ........................................................................................ 69 3.7.6. Kết luận chương .................................................................................................. 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 72 T M TẮT NGHIÊN CỨU LỰA CHON GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG CẦU THỦY TRIỀU – ĐỨC PHỔ QUẢNG NGÃI Học viên: Nguyễn Hoàng Tú, Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 60.58.02.05, Khóa:33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Trong công tác nghiên cứu lựa chọn giải pháp gia cường sửa chữa và tăng cường kết cấu nhịp cầu BTCT, tôi đã lựa chon phương pháp gia cường bằng tấm sợi CFRP, cần đặc biệt chú ý đặt tấm CFRP vào vị trí cần tăng cường khả năng chịu lực với hướng sợi phù hợp với phương chịu lực để tận dụng khả năng chịu kéo của tấm sơị CFRP. Vật liệu CFRP có cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi cao, đa dạng về chủng loại, trọng lượng nhẹ, thi công dễ dàng nhanh chóng, không cần đập phá kết cấu giữ nguyên hình dạng kết cấu cũ, thi công không cần sử dụng coffa, ít tốn nhân công, không cần máy móc đặc biệt, không cần bão dưỡng chống rỉ trong quá trình khai thác. Từ rất nhiều các công thức được trình bày, đã hệ thống hóa các công thức bằng một số sơ đồ khối để thuận tiện cho việc tính toán. Kết quả tính toán gia cường kết cấu nhịp cầu Thủy Triều bằng tấm sợi carbon, kết cấu đảm bảo khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn cường độ I, sức kháng uốn lớn nhất tại vị trí giữa nhịp và sức kháng cắt tại gối tăng lên, đảm bảo cho cầu duy trì tải trọng khai thác HL93. Vì vậy, có thể thấy rằng sử dụng tấm sợi cacbon tăng cường cho dầm BTCT cải thiện đáng kể khả năng chịu lực của dầm. Từ khóa - tấm sợi CFRP; trọng lượng nhẹ; mô đun đàn hồi cao; kết cấu nhịp; cầu Thủy Triều. (5 từ khóa) STUDY ON THE STRUCTURE OF CARBON CARBIDE FIBER SHRIMP Summary - In the study of reinforced concrete reinforcement repair and reinforcement, I selected the CFRP reinforcement method, paying particular attention to placing the CFRP sheet in the required position. Strengthen the strength with fiber direction in accordance with the force to take advantage of the tensile strength of the CFRP plate. CFRP materials have high tensile strength and elastic modulus, variety of type, light weight, quick and easy construction, no need to smash the structure retains the old shape, use coffa, less labor, no special machinery, no anti-rust conditioning during the exploitation. Since many formulas are presented, they have systematized the formulas with a number of block diagrams to facilitate the computation. The result of calculating the structure of the tide bridge with carbon fiber sheet, the structure ensures the strength of the strength limit state of intensity I, the maximum bending resistance at the location between the rhythm and the resistance of cutting at the pillow. increased, ensuring the bridge maintain the load capacity of HL93. Therefore, it can be seen that the use of carbon fiber reinforcement for reinforced concrete beams significantly improves the bearing strength of the beam. Keyword - CFRP fiber sheet; light-weight; high elastic modulus; rhythmic structure; Thuy Trieu bridge. (5 keywords) DANH M C CÁC H NH ẢNH Hình 1.1. Sơ đồ bố trí chung cầu .....................................................................................5 Hình 1.2 Bong vỡ lớp nhựa phủ mặt ..............................................................................6 Hình 1.3 Hư hỏng lớp bê tông tạo dốc ............................................................................6 Hình 1.4 Nứt dọc mặt cầu ................................................................................................ 7 Hình 1.5 Vết nứt ngang mặt cầu ......................................................................................8 Hình 1.6 Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp cầu ........................................................ 10 Hình 1.7 Nứt vỡ bê tông bên trên thớt gối .....................................................................10 Hình 1.8 Nứt vỡ bê tông cánh dầm ................................................................................11 Hình 1.9 Bê tông rổ tổ ong, rỉ cốt thép, nứt vỡ ............................................................. 11 Hình 1.10. Cầu Thủy Triều ............................................................................................ 12 Hình 1.11. Hiện tượng bong tróc bê tông dầm .............................................................. 12 Hình 1.12. Thực trạng dầm ........................................................................................... 13 Hình 1.13. Thực trạng dầm ........................................................................................... 13 Hình 1.14. Thực trạng dầm ........................................................................................... 14 Hình 1.15. Căng cáp dự ứng lực ngoài .........................................................................17 Hình 1.16. Căng cáp dự ứng lực ngoài .........................................................................18 Hình 1.17. Gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP ....................................19 Hình 1.18. Gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP ....................................19 Hình 1.19. Gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP ....................................20 Hình 1.20. Gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP ....................................21 Hình 2.1. Tính toán gia cường sức kháng uốn bằng dán bản thép ............................... 22 Hình 3.1. Mặt cắt ngang dầmBẢN TÍNH KIỂM TOÁN DẦM CẦU THỦY TRIỀU ......44 Hình 3.2. Mặt cắt ngang dầm chủ .................................................................................45 Hình 3.3. Trọng tâm của các tao cáp so với đáy dầm ...................................................47 DANH M C CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kích thước dầm chủ ....................................................................................... 46 Bảng 3.2. Trọng tâm của các tao cáp so với đáy dầm ..................................................48 Bảng 3.3. Diện tích mặt cắt ........................................................................................... 48 Bảng 3.4. Mô men tĩnh đối với đáy dầm ........................................................................49 Bảng 3.5. Trọng tâm của mặt cắt ..................................................................................49 Bảng 3.6. Mô men quán tính ......................................................................................... 50 Bảng 3.7. Đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II ................................................51 Bảng 3.8. Tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải ...........................................52 Bảng 3.9. Diện tích đường ảnh hưởng ..........................................................................53 Bảng 3.10. Nội lực do tĩnh tải đối với dầm trong.......................................................... 53 Bảng 3.11. Nội lực do tĩnh tải đối với dầm ngoài ......................................................... 54 Bảng 3.12. Mômen uốn ..................................................................................................54 Bảng 3.13. Lực cắt .........................................................................................................55 Bảng 3.15 Tổ hợp tải trọng: Tĩnh tải + HL93 + người ...............................................56 Bảng 3.16. Tổ hợp nội lực ở TTGHCĐ I đối với dầm trong .........................................56 Bảng 3.17 Tổ hợp nội lực ở TTGHCĐ I đối với dầm ngoài ........................................57 Bảng 3.18 Tổ hợp nội lực ở TTGHSD đối với dầm trong ............................................57 Bảng 3.19 Tổ hợp nội lực ở TTGHSD đối với dầm ngoài ............................................58 Bảng 3.20 Kiểm toán cường độ ....................................................................................59 Bảng 3.21 Chiều cao hữu hiệu của mặt cắt dv ............................................................. 60 Bảng 3.22 Sức kháng cắt Vn ......................................................................................... 60 Bảng 3.23 Các thông số kỹ thuật của tấm sợi Tyfo SEH51A ........................................62 Bảng 3.24 Tính toán sơ bộ............................................................................................ 63 Bảng 3.25 Biến dạng ban đầu của đáy dầm .................................................................63 Bảng 3.26 Biến dạng của tấm sợi .................................................................................64 Bảng 3.27 Giả sử chiều cao vùng bê tông chịu nén .....................................................64 Bảng 3.28 Biến dạng có hiệu của tấm sợi ....................................................................65 Bảng 3.29 Biến dạng trong cáp DƯL ..........................................................................65 Bảng 3.30 Ứng suất trong cáp DƯL và tấm sợi ........................................................... 65 Bảng 3.31 Kết quả α1, 1 ............................................................................................. 66 Bảng 3.32 Chiều cao vùng bê tông chịu nén ................................................................ 66 Bảng 3.33 Hiệu quả tăng cường sức kháng uốn .......................................................... 67 Bảng 3.34 Thông số vật liệu của tấm sợi Tyfo SEH51A ..............................................68 Bảng 3.35 Đặc trưng vật liệu ....................................................................................... 68 Bảng 3.36 Biến dạng trong tấm sợi ..............................................................................69 Bảng 3.37 Khả năng tăng cường của tấm sợi .............................................................. 69 Bảng 3.38 Sức kháng cắt của dầm sau tăng cường......................................................69 DANH M C CÁC TỪ VIẾT TẮT AFRP : Aramid Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Composite sợi aramid) GFRP : Glass Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Composite sợi thủy tinh) CFRP : Carbon Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Composite sợi cacbon) ACI : American Concrete Insitute (Tiêu chuẩn của viện bê tông Mỹ) AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp hội các viên chức giao thông và đường bộ Hoa Kỳ) ACMA : American Composites Manufactures Association Hiệp hội các doanh nghiệp sản xuất composite Mỹ BTCT : Bê tông cốt thép BTCTDƯL : Bê tông cốt thép dự ứng lực CT : Công trình KC : Kết cấu TCN : Tiêu chuẩn ngành TTGHCĐ : Trạng thái giới hạn cường độ TTGHSD : Trạng thái giới hạn sử dụng FRP : Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Composite) DC : Tĩnh tải giai đoạn 1 DW : Tĩnh tải giai đoạn 2 LL : Hoạt tải xe HL93 PL : Hoạt tải người đi bộ 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, trong xu thế hòa nhập với nền kinh tế thế giới, kinh tế nước ta có những bước phát triển nhanh và ổn định. Các hình thức vận tải, phương tiện và số lượng người tham gia giao thông ngày một tăng. Nhiệm vụ của ngành giao thông vận tải là đảm bảo cho người tham gia giao thông, phương tiện và hàng hóa được đảm bảo an toàn và thông suốt. Cho nên việc đầu tư nâng cấp, cải tạo nhằm nâng cao năng lực hoạt động, kéo dài tuổi thọ cho công trình cầu Thủy Triều thuộc huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi là nhiệm vụ hết sức cấp bách. Cầu Thủy Triều được bắt qua sông Trà Câu nối liền hai xã Phổ Minh và Phổ Văn được thiết kế bằng bê tông cốt thép vĩnh cữu, - Tải trọng: 0,65HL93. - Tải trọng gia cường HL93 - Chiều dài toàn cầu L=58,8m (tính đến đuôi mố) - Khổ cầu: B = 5,5+2x0,25 = 6,00 m. - Tần suất thiết kế cầu P=4% . - Cầu gồm 2 nhịp 24,7m. + Dầm BTCT: Tận dụng dầm BTCT DƯL cũ dài 24,7m + Mặt cắt ngang gồm 6 dầm chủ, tiết diện chữ T, cự ly giữa các dầm chủ 1,032m + Kết cấu hai mố, trụ: Bằng BTCT Hiện nay việc phát triển kinh tế của huyện Đức Phổ nên nhu cầu giao thông qua cầu Thủy Triều tăng cao. Đó là tuyến đường huyết mạch từ Khu công nghiệp Phổ Phong xuống cảng Mỹ Á đã thúc đẩy các phương tiện giao thông không ngừng nâng cấp, phát triển theo. Tải trọng của các phương tiện vận chuyển tăng lên rất nhiều (vượt cả tải trọng 0,65HL93) đã làm cho cầu Thủy Triều một phần xuống cấp và không có khả năng chịu được các loại xe có tải trọng nặng. Với nhu cầu khai thác (tải trọng xe và lưu lượng xe) ngày càng tăng, cần thiết phải xây dựng cầu mới thay thế cầu hiện tại nhưng do kinh phí để xây dựng cầu mới rất lớn vì vậy, việc “ nghiên cứu lựa chọn giải pháp gia cường cầu Thủy Triều – Đức Phổ - Quảng Ngãi’’ để duy trì sự ổn định và tuổi thọ là hết sức cần thiết. 2 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu lựa chọn giải pháp gia cường cho cầu Thủy Triều nhằm đảm bảo an toàn cho con người, phương tiện khi vận chuyển qua cầu. - Nâng cao năng lực khai thác và tuổi thọ của cầu Thủy Triều, đảm bảo nhu cầu vận chuyển hàng hóa ngày càng lớn của huyện Đức Phổ, trong khi huyện Đức Phổ chưa có điều kiện xây dựng thêm những cây cầu mới. - Giúp chúng ta lựa chọn một biện pháp gia cường để so sánh và đánh giá khả năng ứng dụng biện pháp này với các biện pháp gia cường cầu bê tông khác. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Cầu Thủy Triều - Huyện Đức Phổ – Tỉnh Quảng Ngãi 4. Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu lựa chọn để tìm ra giải pháp gia cường phù hợp cho cầu Thủy Triều – Huyện Đức Phổ - Tỉnh Quảng Ngãi khi có phương tiện và số lượng người tham gia giao thông ngày một tăng. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, việc tính toán dựa trên mô hình lý thuyết. - Thu thập số liệu thực tế, tổng hợp, thống kê và phân tích các số liệu. - Tính toán hiệu quả tăng cường cầu Thủy Triều, huyện Đức Phổ 6. Kết cấu của luận văn: Luận văn gồm có 3 chương và phần kết luận kiến nghị như sau: Chương 1: Đặc điểm của cầu bê tông cót thép và thực trạng của cầu Thủy Triều 1.1. Cấu tạo của cầu bê tông cốt thép và một số dạng hư hỏng thường gặp 1.2. Thực trạng của cầu Thủy Triều 1.3. Các biện pháp gia cường cầu bêtông cốt thép và khả năng ứng dụng vào cầu Thủy Triều 1.4. Kết luận chương Chương 2: Lý thuyết tính toán gia cường cầu bê tông cốt thép. 2.1. Gia cường dán bản thép 2.2. Gia cường bằng tấm sợi carbon 2.3. Lựa chọn giải pháp gia cường 2.4. Kết luận chương Chương 3: Tính toán gia cường kết cấu nhịp cho cầu Thủy Triều 3.1. Các tham số cơ bản của cầu Thủy Triều 3.2. Xác định nội lực 3.3. Xác định sức kháng uốn của dầm khi chưa gia cường 3.4. Xác định sức kháng cắt của dầm khi chưa gia cường 3.5. Xác định sức kháng uốn của dầm khi có gia cường tấm sợi carbon 3.6. Xác định sức kháng cắt của dầm khi có gia cường tấm sợi carbon 3.7. Kết luận chương 3 Phần kết luận và kiến nghị Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Xuân Toản đã nhiệt tình hướng dẫn trong suốt thời gian làm luận văn đồng thời tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến khoa sau đại học Đại học Đà Nẵng và một số đồng nghiệp đã tạo điều kiện và góp ý cho luận văn. Dù đã cố gắng hết mình và được sự giúp đỡ rất nhiều của các cá nhân và tập thể. Nhưng trong khuôn khổ nội dung của một luận văn, mọi khía cạnh của vấn đề mà trong thực tế đòi hỏi có thể chưa giải quyết hết, tác giả xin chân thành cảm ơn và hết sức tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy và các đồng nghiệp. 4 Chƣơng 1: CẤU TẠO CỦA CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ THỰC TRẠNG CỦA CẦU THỦY TRİỀU 1. Cấu tạo của cầu bêtông cốt thép 1.1. Các bộ phận cơ bản của cầu BTCT - Mố cầu Bộ phận ở hai đầu cầu và nối tiếp giữa cầu với đường gọi là mố cầu. Mố cầu ở cuối cầu và tạo thành cấu trúc chuyển tiếp từ đường tới mặt cầu. Nó tiếp nhận một phần tải trọng của kết cấu nhịp truyền xuống và chịu tác dụng của đất đắp sau mố - Trụ cầu Bộ phận giữa hai mố cầu để cho kết cấu nhịp tựa lên gọi là trụ cầu. Do nhiều yêu cầu về kinh tế kĩ thuật chiều dài kết cấu nhịp không thể quá dài. Để vượt được khoảng cách lớn yêu cầu phải có cọc chống đỡ trung gian dó là trụ cầu. Trụ cầu truyền tải từ kết cấu nhịp xuống móng công trình - Kết cấu nhịp Kết cấu nhịp chịu tác dụng của tải trọng bản thân, cùng với tải trọng người, xe trên cầu, ngoài ra còn có tác dụng của gió, của động đất … toàn bộ tải trọng này đuợc truyền xuống đất qua hệ thống mố trụ cầu - Kết cấu nhịp bao gồm : + Dầm cầu, bản mặt cầu + Lan can tay vịn - Mô đất hình nón Mô đất hình nón có tác dụng gia cố chống xói lỡ cho mố cầu. - Gối cầu Gối cầu là bộ phận trung gian nằm giữa kết cấu nhịp và mố trụ cầu. Gối cầu có tác dụng như tấm đệm chịu tải trọng và giảm lực cắt ngang của kết cấu nhịp truyền xuống mố trụ. Đồng thời gối cầu giúp cho kết cấu làm việc theo mô hình tính toán, giúp kết cấu nhịp dịch chuyển, co giãn ít mà bị cản trở. - Móng cầu Móng cầu là bộ phận bên dưới cùng của một cây cầu, thường làm bằng bê tông cốt thép. Móng có tác dụng truyền và phân bố toàn bộ tải trọng xuống nền đất sao cho toàn bộ kết cấu đứng vững trên đất mà không bị phá hoại do nền đất bị vượt quá sức chịu tải. 5 Hình 1.1. Sơ đồ bố trí chung cầu 1. Mố cấu; 2 . Trụ cầu; 3 . Kết cấu nhịp; 4. Mô đất hình nón 1.2. Phân loại cầu BTCT - Cầu dầm đơn giản - Thường áp dụng với chiều dài nhịp ≤ 40m ( đặc biệt có thể lên đến 60-70m) - Biểu đồ moomen chỉ có 1 dấu - Tại các gối chỉ tồn tại phản lực thẳng đứng. - Cầu dầm mút thừa - Mô men giữa nhịp có giảm đi do xuât hiện mô men gối do đó làm tăng khả năng vượt nhịp so với dầm đơn giản. - Thường áp dụng với chiều dài nhịp 50-60 với BTCT thường và 150m với BTCT ứng suất trước. - Cầu dầm liên tục - Khả năng vượt nhịp lớn hơn so với dầm đơn giản từ 30-60m với BTCT thường và 60-300m với BTCT ứng suất trước. - Sơ đồ chịu lực hợp lý hơn do đó kết cấu thanh mảnh hơn, tiết kiệm vật liệu so với dầm đơn giản. - Cầu khung - Trụ và kết cấu nhịp cùng tham gia chịu lực - Mô men tại các vị trí trong kết cấu nhịp nhìn chung là nhỏ nên sẽ tiết kiệm vật liệu - Khả năng vượt nhip là khá lớn ≥ 40m 6 1.3. Một số dạng hƣ hỏng thƣờng gặp của cầu bêtông cốt thép 1.3.1. Phần mặt cầu - Bong lớp nhựa phủ mặt Các cầu thường bị hỏng lớp phủ mặt trên cùng (BTN nguội hoặc nóng). Nguyên nhân do chất lượng bê tông không tốt, hoặc bề dày lớp tông mỏng Hình 1.2 Bong vỡ lớp nhựa phủ mặt - Lớp bê tông tạo dốc Bị hư hỏng do dùng các loại bê tông có cường độ thấp (M200). Lớp này nằm kẹp giữa bê tông cánh dầm (M300) và bê tông nhựa phủ phía trên. Cầu Hói Bãi Km391+458, Khe Cà Km556+880-QL1A… bị hư hỏng dạng này Hình 1.3 Hư hỏng lớp bê tông tạo dốc 7 Nguyên nhân: do chất lượng bê tông tạo dốc kém có thể do thi công không đảm bảo chất lượng, hoặc do lớp phủ bê tông nhựa phía trên bị hư hỏng gây nên tải trọng trùng phục gây nứt bê tông. - Nứt dọc trên mặt cầu Đây là hư hỏng phổ biến nhất. Vết nứt dọc xuất hiện trên phạm vi mối nối dọc của các loại dầm chữ T. Trên 60% các loại cầu BTCT dầm chữ T được xây dựng từ trước những năm 1990 bị hư hỏng dạng này. Hình 1.4 Nứt dọc mặt cầu - Nứt ngang mặt cầu Vết nứt ngang xuất hiện tại phạm vi khe co giãn. Nguyên nhân: a) Sự làm việc của khe co giãn kém sẽ tạo nên vết nứt ngang đầu dầm - Các loại khe co giãn bản thép trượt tự do được 1 thời gian (khoảng 2 năm) đã bị cong vênh, bong bật khi bị chấn động là vỡ đầu dầm và hỏng mặt. 8 Hình 1.5 Vết nứt ngang mặt cầu - Các loại khe dạng tôn uốn lòng máng thì chỉ được khoảng thời gian 1-2 năm đã bị đứt, cát, đá rơi xuống chét đầy khe gây cản trở sự dịch chuyển của dầm. b) Các loại khe co giãn cao su được sửa chữa nhưng không đảm bảo yêu cầu, xuất hiện vết nứt ngang tại vị trí tiếp giáp giữa phần bê tông cũ và mới. 1.3.2. Các dạng hư hỏng trên kết cấu dầm chủ BTCT thường và DƯL - Hư hỏng do sự dịch chuyển vị trí Dầm cầu bị võng hoặc bị dịch chuyển và đang phát triển một cách nhanh chóng, kéo theo kích thước hình học của mặt cầu bị sai lệch nhiều. Trong những trường hợp như vậy thì biện pháp đình chỉ thi công hay hạn chế tốc độ và tải trọng qua cầu phải được tiến hành nhanh. - Hư hỏng do phong hóa bê tông Bê tông của các công trình ở sông hoặc biển là đối tượng của xói mòn do dòng chảy mạnh, do sự cuốn trôi của các vật thể rắn của nước. Biểu hiện trực tiếp của sự phá hủy này là ở chỗ tiếp xúc của bê tông, bề mặt bị mòn do bị cọ xát liên tục lặp đi lặp lại. Sự mài mòn này rất nghiêm trọng trong khi lớp bề mặt bê tông ít cốt liệu cứng hoặc lớp vữa bị bỡ mủn. Sự va chạm của xe cộ, tàu bè nhất là khi chúng vượt ra ngoài khổ thông thuyền gây ra các vết xước, nứt vỡ bê tông làm hở cốt thép và từ đó cốt thép bị hư hại. 9 - Hiện tượng mỏi của thép Dưới tác động của một số lớn lần thay đổi ứng lực, cốt thép có bị giảm yếu do mỏi. - Hư hỏng do bị nứt bê tông Đây là dạng hư hỏng phổ biến nhất. Tùy thuộc vào cấu tạo công trình mà các vết nứt có thể xuất hiện ở nhiều dạng khác nhau. Về tổng thể, có các loại vết nứt: - Vết nứt do co ngót Loại vết nứt này thường xuất hiện trong lớp bề mặt của bê tông do quá trình co ngót không đều. Nguyên nhân là do hàm lượng xi măng quá nhiều trong hỗn hợp bê tông, do đặc điểm của dạng kết cấu, do cách bố trí cốt thép không hợp vv…Dấu hiệu đặc trưng của các vết nứt co ngót là chúng phân bổ ngẫu nhiên không định hướng, chiều dài ngắn và nhỏ li ti. Các vết nứt co ngót có thể phát triển thành các vết nứt do lực. - Vết nứt nghiêng Các thường vết nứt này thường xuất hiện ở bụng dầm do ứng suất chủ quá lớn. Chúng đặc biệt nguy hiểm trong các kết cấu dự ứng lực vì có thể giảm nhiều năng lực chịu tải. - Vết nứt dọc Chúng xuất hiện ở chỗ tiếp giáp đáy bản mặt cầu giáp với phần sườn dầm, được coi là nguy hiểm vì giảm năng lực chịu tải của kết cấu nhịp. Nguyên nhân chính là do sai sót trong công nghệ chế tạo kết cấu. - Vết nứt ngang trong bản mặt cầu Nguyên nhân do mô men uốn tạo ra quá lớn lúc cẩu dầm để lắp ghép, hoặc do dự ứng lực nén quá mạnh. Trong các dầm đơn giản thì trong quá trình khai thác, các vết nứt này có thể bị khép lại. - Vết nứt ngang trong bầu dưới ở vùng chịu kéo chứa cốt thép dự ứng lực Vết nứt này chứng tỏ thiếu dự ứng lực, mất mát dự ứng suất quá nhiều do co ngót, từ biến của bê tông và mấu neo làm việc không bình thường. Các vết nứt này không làm giảm khả năng chịu tải tính toán của kết cấu nhịp nhưng có thể tạo điều kiện cho rỉ ăn mòn cốt thép dự ứng lực và giảm dần tuổi thọ của nó. - Vết nứt dọc trong bầu dầm chứa cốt thép dự ứng lực Xuất hiện ngay trong những năm đầu khai thác cầu. Nguyên nhân là do biến dạng ngang lớn khi dự ứng lực nén mạnh bê tông và do co ngót bị cản trở. Hậu quả là rỉ nhanh và trầm trọng ở cốt thép dự ứng lực, các sản phẩm do rỉ tạo ra sẽ trương nở to thêm vết nứt, khiến rỉ càng nhanh hơn và sớm phá hoại kết cấu nhịp. - Vết nứt ngang ở đoạn đầu dầm Xuất hiện do ứng suất cục bộ quá lớn ở bên dưới mấu neo cốt thép dự ứng lực. Phát triển trong thời kỳ đầu khai thác cầu. - Vết nứt ở bên trên thớt gối