bộ giáo dục đào tạo trường đại học giao thông vận tải -e õ f Phan tiến hoàng đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT khai thác đường ô tô theo số tiêu chuẩn hành luận văn thạc sỹ kỹ thuật hà nội -2005 giáo dục đào tạo trường đại học giao thông vận tải -e õ f Phan tiến hoàng đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT khai thác đường ô tô theo số tiêu chuẩn hành luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành: xây dựng công trình giao Thông khoá học: 2002-2005 giáo viên hướng dẫn :pgs.ts: trần đức nhiệm hà nội -2005 Mục lục Mục lục Mở đầu Các thuật ngữ viết tắt Chương 1: Tổng quan công tác kiểm tra đánh giá cầu BTCT 1.1 Tổng quan công tác kiểm tra đánh giá cầu BTCT giới 1.1.1 Tình hình nghiên cứu phương pháp kiểm tra kết cấu nhịp cầu BTCT 1.1.2 Tình hình nghiên cứu đánh giá kết cấu nhịp cầu BTCT trªn thÕ giíi 1.1.2.1 Giíi thiƯu chung 1.1.2.2 Xác định mô hình thực trạng vật liệu dựa Cơ sở liệu cầu 1.1.2.3 Tổng quan phương pháp đánh giá KCN cầu BTCT 1.2 Hiện trạng hệ thống cầu mạng lưới GTĐB Việt Nam 1.3 Hiện trạng công tác kiểm tra, đánh giá cÇu ë ViƯt Nam 12 1.3.1 Giíi thiƯu chung 1.3.2 Phân loại công tác kiểm tra 1.3.3 Phương pháp đánh giá 12 13 14 1.4 Tãm t¾t số dấu hiệu hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng cầu BTCT BTCT DUL ë ViƯt Nam 1.4.1 Vì 1.4.2 Nøt 1.4.3 GØ cèt thÐp th­êng 15 16 16 15 1.4.4 Tình trạng cáp dự ứng lực 1.4.5 Mài mòn 17 17 1.4.6 Hư hỏng bê tông cốt thép xâm thực hoá học điện hoá 17 1.4.7 Thạch nhũ sản phẩm hư hỏng bề mặt bê tông 17 1.4.8 Chuyển vị biến dạng lớn 18 1.4.9 Nh÷ng sai sãt thiÕt kÕ 18 iii 1.4.10 Những sai sót thi công 1.5 KÕt luËn ch­¬ng 19 19 Chương 2: Những nội dung chủ yếu đánh giá kết cấu nhịp cầu BTCT theo số tiêu chuẩn hành 2.1 Khái quát chung 2.1.1 C¬ së lý thuyÕt chung 2.1.2 Tải trọng dùng để đánh giá 20 20 20 2.2 Quy trình xác định sức chịu tải kết cấu nhịp cầu dầm BTCT cầu đường Liên bang Nga BCH 32-78 2.2.1 Những quy định 21 21 2.2.1.1 Các toán giải phạm vi quy trình: 21 2.2.1.2 Nội dung trình tự bước đánh giá khả chịu tải kết cấu nhịp 2.2.2 KiĨm tra thu thËp sè liƯu trạng cầu 22 23 2.2.3 Xác định nội lực cho phép hoạt tải gây c¸c tiÕt diƯn cđa c¸c cÊu kiƯn kÕt cÊu nhịp 24 2.2.4 Xác định mômen uốn lực cắt tiết diện cấu kiện cđa kÕt cÊu nhÞp 28 2.2.5 Xác định nội lực cấu kiện chịu lực kết cấu nhịp hoạt tải thẳng đứng tiêu chuẩn xe nặng 2.2.6 Thử nghiệm cầu 2.2.7 NhËn xÐt 29 32 33 2.3 Quy trình kiểm định cầu đường ô tô 22TCN 243-98 2.3.1 Tỉng quan 2.3.1.1 Giíi thiƯu chung 2.3.1.2 C¸c b­íc kiĨm tra đánh giá cầu 34 2.3.2 Đánh giá kết cấu nhịp dầm BTCT thường 2.3.2.1 Quy định chung 34 iv 35 2.3.2.2 Xác định nội lực cho phép hoạt tải gây 2.3.3 Đánh giá kết cấu nhịp dầm BTCT dù øng lùc 34 35 36 38 2.3.3.1 Quy định chung 2.3.3.2 Các đặc trưng vật liệu bêtông, cốt thép 2.3.3.3 Kiểm toán xác định lực chịu tải 2.3.4 Nhận xét 38 38 40 43 2.4 Đánh giá cầu dầm BTCT theo tiªu chn Anh DB 21-93 2.4.1 KiĨm tra phơc vơ ®¸nh gi¸ 2.4.1.1 Giíi thiƯu chung 2.4.2.4 Đánh giá hiệu ứng tải 2.4.3.1 Cèt thÐp 2.4.3.2 Cèt thÐp dù øng lùc 48 48 47 47 2.4.3 TÝnh chÊt cña vËt liÖu 46 46 45 2.4.2.6 KiĨm tra sù phï hỵp cđa kÕt cÊu 2.4.2.8 Thư t¶i 45 2.4.2.5 Đánh giá sức kháng 45 44 45 2.4.2.3 Đánh giá giá trị tải trọng 2.4.2.7 Đánh giá mỏi 2.4.2.2 Trạng thái giới hạn 44 2.4.1.3 Kiểm tra để xác định sức kháng 2.4.2.1 Giới thiệu chung 44 2.4.1.2 Kiểm tra để xác định tải trọng 2.4.2 Mục tiêu phương pháp 44 48 48 2.4.3.3 Bê tông 49 2.4.4 T¶i träng 49 2.4.4.1 Tỉng qu¸t 2.4.4.2 Làn xe việc áp dụng hoạt tải 2.4.4.3 Hoạt tải đánh giá danh định 2.4.5 Phân tÝch kÕt cÊu 53 55 2.4.5.2 Các giả thiết chấp nhận 2.4.5.1 Phương pháp phân phối 52 50 49 2.4.4.4 HÖ số chiết giảm cho UDL KEL 2.4.4.6 Hiệu ứng ly tâm 2.4.4.5 Tải trọng đơn trục đơn bánh 49 56 56 56 v 2.4.5.3 Chiều dài nhịp tính toán 2.4.6 Nhận xét 56 56 2.5 Đánh giá cầu BTCT theo AASHTO 2.5.1 Giíi thiƯu chung 58 2.5.1.1 Triết lý phương pháp đánh giá cầu theo AASHTO 2.5.1.2 Các mức đánh giá 2.5.1.3 Chỉ số độ tin cậy đánh giá 2.5.2 Các phương pháp đánh giá 61 2.5.2.2 Đánh giá theo hệ số tải trọng (HSTT) 2.5.3 Phương trình đánh gi¸ 2.5.3.1 Kh¸i qu¸t 61 2.5.5.1 Tĩnh tải (D) 2.5.5.2 Hoạt tải đánh giá 63 63 64 63 2.5.5.3 Tải trọng bánh xe (Mặt cÇu) 62 62 2.5.3.3 Đánh giá cầu theo phương pháp hệ số tải trọng (LFR) 61 2.5.3.2 Đánh giá theo phương pháp ứng suất cho phép (ASR) 2.5.5 Các tải trọng 61 61 2.5.4 Tình trạng phận cầu 59 2.5.2.1 Đánh gi¸ theo øng suÊt cho phÐp (­SCP) 59 58 64 2.5.5.4 T¶i träng xe t¶i 64 2.5.5.5 Tải trọng xe 65 2.5.5.6 Tải trọng đường hành 2.5.5.7 Phân bố tải trọng 2.5.5.8 Xung kích (I) 65 2.5.5.9 §é 66 66 2.5.5.10 Tải trọng dọc cầu 66 2.5.5.11 Tải trọng môi trường 2.5.5.12 Gió 2.5.5.13 Động đất 2.5.5.14 Tác dụng nhiệt độ 2.5.5.15 Tác dụng dòng chảy 67 67 66 67 67 67 2.5.6 Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng (LRFR) vi 67 68 2.5.6.1 Công thức đánh giá tải trọng tổng quát 2.5.6.2 Hệ thống đánh giá theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng 70 2.5.6.3.Tiêu chuẩn an toàn cho đánh giá theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng 71 2.5.7 So sánh LRFR LFR 72 2.5.8 NhËn xÐt 2.6 KÕt luËn ch­¬ng 76 76 Chương đánh giá kcn cầu btct thực tế theo 22TCN 243-98 hướng dẫn aashto (LRFR) 3.1 Khái qu¸t 3.2 Giíi thiƯu vỊ kÕt cấu nhịp đánh giá 3.2.1 Giới thiệu chung 3.2.2 KÕt cÊu nhÞp 79 3.2.2.1 Mắt cắt dọc, ngang nhịp N2 78 79 79 3.2.2.2 Các đặc trưng hình học đo đạc mắt cắt ngang dầm chủ 3.2.2.3 Bố trí cáp DUL (lấy theo hồ sơ thiết kế) 3.2.3 Vật liệu 3.2.3.1 Bê tông 3.2.3.3 ThÐp DUL 82 3.3 Đánh giá theo hướng dẫn AASHTO 3.3.1.1 Giá trị nội lực tĩnh tải 81 3.3.1 Tính toán néi lùc tÜnh t¶i 81 82 83 83 83 3.3.1.2 Nội lực tĩnh tải 3.3.2 Tính toán nội lực hoạt tải 3.3.2.1 Xác định hệ số 3.3.2.2 Tính toán nội lực hoạt tải 3.3.3 Tính toán sức kháng tiết diện 3.3.4 Kết đánh giá 84 84 85 86 3.4 Đánh giá theo tiêu chuẩn 22TCN 243-98 3.4.1 Tính toán nội lực tÜnh t¶i 83 vii 80 81 3.2.3.2 Cèt thÐp th­êng 79 87 88 88 3.4.2 TÝnh to¸n nội lực hoạt tải 89 3.4.2.1 HƯ sè ph©n bè ngang 89 3.4.2.2 HƯ sè xung kích 89 3.4.2.3 Tải trọng tương đương 90 3.4.2.4 Nội lực hoạt tải 90 3.4.3 Tính toán khả chịu lực mặt cắt 91 91 3.4.3.1 Đặc trưng hình học dầm 3.4.3.2 Khả chịu mômen nhịp 3.4.3.3 Khả chịu lực cắt gối 3.4.4 Kết đánh gi¸ 92 93 3.4.4.1 Mômen cho phép đoàn xe H30 gây nhịp 3.4.4.2 Mômen cho phép xe HK80 gây nhịp Kết luận Các tài liệu tham khảo viii 93 3.4.4.4 Lùc c¾t cho phép xe HK80 gây gối 93 93 3.4.4.3 Lực cắt cho phép đoàn xe H30 gây tái gối 91 93 95 98 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Mở đầu Trên hệ thống cầu đường Việt Nam có nhiều loại cầu xây dựng qua nhiều thời kỳ với giai đoạn lịch sử khác Chúng thiết kế thi công theo tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm khác Có thể phân loại cầu theo thời kỳ thiết kế thi công sau: - Trước năm 1954 : theo quy phạm cộng hoà Pháp - Từ năm 1955 - 1974 : + Tại miền Bắc theo quy phạm Liên Xô (cũ), Trung Quốc Việt Nam + T¹i miỊn Nam theo quy ph¹m cđa Mü (AASHO) - Từ năm 1979 đến nước thường thiết kế theo quy trình thiết kế cầu cống theo trang thái giới hạn (22TCN 18-79), Quốc lộ thường thiết kế với tiêu chuẩn 22TCN18-79, tải trọng H30, XB80, Tỉnh lộ đường nông thôn thiết theo tải trọng H18 đến H10 - Thời gian gần nhiều cầu nước ta đà xây dựng sở quy trình nước tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO (các dự án cầu QL 2, QL 1A ), Nhật (cầu Kiền, cÇu BÝnh ), cđa Australia (cÇu Mü Thn ), Tõ thực trạng mà công tác quản lý, khai thác, đánh giá sửa chữa thêm phức tạp Do phát triển kinh tế đất nước, cầu phải đảm đương khối lượng vận tải lớn, nhiều lâm vào trạng thái tải Ngoài cầu nước ta chịu ảnh hưởng lớn môi trường Những điều dẫn đến việc hư hỏng cầu cũ nhiều đa dạng, ảnh hưởng đe doạ đến an toàn kết cấu công trình phương tiện vận tải Khối lượng cầu có tài sản lớn quốc gia, việc đầu tư cho công tác kiểm tra, quản lý, đánh giá tu sửa chữa cần quan tâm Để tăng tuổi thọ công trình cầu để khai thác cách an toàn công trình cầu cũ việc thường xuyên phải kiểm tra, đánh giá lại khả chịu tải cầu quan trọng cần thiết Mục tiêu việc kiểm tra đánh giá cầu nhằm phát hư hỏng, đề giải pháp xử lý xác Ngành xây dựng Cầu đường Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật định chế độ tải trọng cho phép khai thác cầu (tải trọng, tốc độ, khoảng cách xe , ) đảm bảo an toàn cho người, phương tiện Cho đến công tác kiểm tra, đánh giá quản lý chất lượng cầu đà nhận quan tâm ngày nhiều từ quan quản lý Bộ Giao thông Vận tải đà ban hành quy trình thử nghiệm cầu 22TCN-170-87, tiêu chuẩn Kiểm định cầu đường ôtô 22TCN-243-98, tiêu chuẩn bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên đường bộ, Hiên công tác kiểm tra đánh giá cầu nước ta chủ yếu dựa sở quy trình, tiêu chuẩn nêu trên, có quy trình kiểm tra, đánh giá cầu khai thác khác tham khảo sử dụng nước ta như: Quy trình xác định sức chịu tải kết cấu nhịp dầm BTCT cầu đường BCH 32-78 (Liên xô cũ) Đánh giá cầu đường kết cấu BD 21/93 (Vương quốc Anh), đánh giá cầu theo tiêu chuẩn AASHTO (Mỹ) Do công trình cầu nước ta thiết kế theo nhiều tiêu chuẩn khác nên việc áp dụng tiêu chuẩn đánh giá cầu để đánh giá cầu xây dựng theo hệ thống tiêu chuẩn khác gặp khó khăn quan ®iĨm tÝnh to¸n kh¸c nhau, lùa chän c¸c hƯ sè tính toán, tải trọng đánh giá, mà không xem xÐt cÈn thËn cã thĨ dÉn tíi c¸c kÕt khác đáng kể Để góp phần khắc phục tình trạng trên, đề tài nghiên cứu Đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT khai thác đường ôtô theo số tiêu chuẩn hành đặt nhằm mục tiêu sau: Tìm hiểu nghiên cứu số tiêu chuẩn đánh giá kết cấu nhịp cầu rầm BTCT cũ đường ôtô Việt Nam số nước giới Đánh giá công trình cầu theo hai tiêu chuẩn, so sánh kết đánnh giá rút kết luận kiến nghị Trên sở mục tiêu nghiên cứu nhiệm vụ nghiên cứu đề tài là: Tìm hiểu số tiêu chuẩn đánh giá kết cấu nhịp cầu rầm BTCT đường ôtô số nước thÕ giíi (Mü, Anh, Nga, ViƯt Nam) TiÕn hµnh đánh giá công trình cầu theo hai tiêu chuẩn khác (22 TCN 243-98 Việt Nam AASHTO Mỹ), từ so sánh rút kết luận đề tài Ngành xây dựng Cầu đường Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật eg : Khoảng cách trọng tâm dầm có mặt cầu (mm) eg = 533.20 (mm) Kg = 3.14E+11 (mm4) Kg L * t3 s = 3.13 S = 2400 (mm) L = 32000 (mm) Cho hai thiết kế chịu tải 0.6 0.2 S S  Kg  mg = 0.75 +       = 0.670  2900   L Lts Hệ số phân phối Mômen = 0.671 e HƯ sè ph©n bè ngang cho lùc cắt (Theo điều A4.6.2.2.3 tiêu chuẩn 22TCN 272-01) S   S  mg = 0.2 +  −  = 0.816  7600   10700  HÖ số phân phối lực cắt = 0.816 3.3.2.2.Tính toán nội lực hoạt tải : a Mômen hoạt tải xe «t« (KNm) Ký hiƯu 0.5L 0.4L 0.3L 0.2L 0.1L Gèi Mtr 2229.25 2171.9 1920.3 1489.5 849.4 0.00 Mln 1205.33 1157.11 1012.47 771.409 433.918 0.00 Mtr : M«men xe tải tiêu chuẩn (KNm) Mln : Mômen tải trọng (KNm) b Lực cắt hoạt tải xe ôtô (KN) Ký hiÖu 0.5L 0.4L 0.3L 0.2L 0.1L Gèi Vtr 125.124 155.624 186.124 216.624 247.124 277.624 Vln 37.4325 53.9028 73.3677 95.8272 121.281 149.73 Mtr : Lực cắt xe tải tiêu chuẩn (KN) Ngành xây dựng Cầu đường 85 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Mln : Lực cắt tải trọng (KN) 3.3.3.Tính toán sức kháng tiết diện : v Khả chịu mô men mặt cắt dầm : Mr = φMn Mn = [Apsfps(dp-a/2)+0.85f'c(b - bW)b1hf(a/2-hf/2)]*10^-6 Trong ®ã: : Hệ số sức kháng qui định điều [điều A5.5.4.2 theo tiêu chuẩn 22TCN272-01] = 1,0 Mn : Sức kháng danh định (Nmm) Aps : Diện tích thép ­st = 4836,3 (mm2) fps : øng suÊt trung b×nh thÐp ­st (MPa) fps = fpu(1-k.c/dp) k = 2(1.04-fpy/fpu) = 0,28 c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén (mm) c = [Apsfpu-0.85fcb1(b-bw)hf]/(0.85*f'cb1bw+kApsfpu/dp) dp : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm bó cáp mm a = b1c (mm) bW : ChiỊu réng cđa b¶n bơng (mm) b : Bề rộng mặt chịu nén tiết diện = 2125 (mm) b1 : HƯ sè chun ®ỉi biĨu ®å øng suÊt b1 = 0.85 - [(fc-28)/7]0.05 = 0.76 hf : Chiều dày cánh chịu nén = 150 (mm) f'c : Cường độ chịu nén bê tông tuổi 28 ngày = 40 MPa fpu : Cường độ chịu kéo qui định thép UST = 1860 MPa Mu : Mô men tính toán TTGHCD (KNm) Thay giá trị vào trình toán ta có Mr = 11655.803 kNm v Khả chịu cắt gối : Vr = φVn Trong ®ã: Vn = Vc + Vs + Vp (điều A5.8.3.3-1 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01) Ngành xây dựng Cầu đường 86 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Vn = 0.25f'cbvdv + Vp (điều A5.8.3.3-3 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01) Vc = 0.083b(f'c^0.5)bVdV (điều A5.8.3.3-3 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01) Vs = [AVfydV(cotgq+cotga)sina]/s (điều A5 3.3-4 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01) f'c : Cường độ bêtông kiểm tra (MPa) bV : BỊ réng bơng cã hiƯu lÊy b»ng bỊ réng bơng nhá nhÊt träng chiỊu cao dv (mm) (®iỊu A5.8.2.7 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01) dV : Chiều cao chịu cắt có hiệu (mm) (A5.8.2.7 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01) dv = de-a/2 Không nhỏ max(0.9de ,0.72h) fy : Giới hạn chảy thép thường (cốt đai) (Mpa) s : Cù ly thÐp ®ai b : HƯ sè chØ khả bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo (mm) (điều A5.8.3.4 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01) q : Góc nghiêng ứng suất nén chéo (độ) (điều A5.8.3.4 theo tiªu chuÈn 22TCN 272-01) a : Gãc nghiªng cđa cèt thÐp ngang ®èi víi trơc däc (®é) AV : Diện tích cốt thép chịu cắt cự li s (mm2) VP : Thành phần lực ứng suất trước có hiệu hướng lực cắt tác dụng (N) f : Hệ số sức kháng cắt (điều A5.5.4.2 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01) Tính ta Vr = 1748.337 kN 3.3.4.Kết đánh giá : Đánh giá theo LRFR Công thức dùng để đánh giá: RF = C γ DC DC − γ DW DW ± γ P P γ L LL (1 + IM ) Trong ®ã : RF : Hệ số đánh giá C : Khả chịu lực Ngành xây dựng Cầu đường 87 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng DC Luận văn Thạc sỹ Kü tht : HiƯu øng cđa t¶i träng tÜnh c¸c bé phËn kÕt cÊu DW : HiƯu øng cđa tải trọng tĩnh lớp phủ phận khác P : Tải trọng lâu dài tải trọng tĩnh LL : Hiệu ứng tải trọng động IM : Hệ số tải trọng động DC : Hệ số tải trọng theo LRFD cấu kiện kÕt cÊu γDW : HƯ sè t¶i träng theo LRFD lớp phủ phận khác P : Hệ số tải trọng theo LRFD tải trọng lâu dài tải trọng tĩnh Bảng 3.5 Các giá trị hệ số đánh giá RF Vị trí Mô tả Mức đánh giá kiểm kê Mức đánh giá khai thác Giữa nhịp Mô men 1.05 1.75 Gối Lực cắt 1.43 2.38 - Kết cấu nhịp khai thác an toàn với tải trọng thiết kế HL93, mức độ dự trữ mức đánh giá kiểm kê nhỏ mức đánh giá khai thác Mức độ dự trữ mômen nhịp 1.05 3.4.Đánh giá theo Tiêu chuẩn 22TCN 243-98 : 3.4.1.Tính toán tĩnh tải : Góc trượt danh định (tiêu chuẩn) hiệu ứng tĩnh tải đà tính toán mục 3.3, với kết nội lực : v Mô men tải trọng tĩnh nhịp : Mgiữanhịp : 4079.989 kNm v Lực cắt tải trọng tĩnh cách gối đoạn d : Qgối : 506.831 kN Ngành xây dựng Cầu đường 88 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 3.4.2.Tính toán nội lực hoạt tải : 3.4.2.1.Hệ số phân bố ngang: áp dụng phương pháp nén lệch tâm: Sè dÇm chđ : n = 7.00 BỊ réng xe chạy : B = 15.00 (m) Khoảng cách dầm chđ : a(m) = 2.40 (m) HƯ sè ph©n phèi : η = n2*   E  x2   *  x1 + ( a1 − E ) E a1 Giá trị E = e1 + a1 n2 : HƯ sè lµn e : Độ lệch tâm tải trọng trục đối xứng mặt cắt ngang a1 : Khoảng cách hai dầm biên x1, x2 : Tung độ đường ảnh hưởng vị trí dầm biên x1 = + n x2 = − n a1* 2* ∑ * a1* 2* ∑ * Trong ®ã: a1 = (n − 1) * a = {n − − 2* ( i − 1)} * a Hạng mục Lệch tâm L/2 3L/8 L/4 L/8 Đầu dầm 7.63 0.483 0.483 0.483 0.483 0.483 1.63 0.603 0.603 0.603 0.603 0.603 lµn 6.13 0.416 0.416 0.416 0.416 0.416 5.63 0.294 0.294 0.294 0.294 0.294 Người Đoàn ôtô H30 Xe nặng XB 80 3.4.2.2.Hệ số xung kích Theo 22TCN 18-79, điều 2.22: Ngành xây dựng Cầu đường 89 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Hạng mục Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Ký hiệu L/2 3L/8 L/4 L/8 Đầu dầm Chiều dài xếp tải M M 32.20 32.20 32.20 32.20 32.20 Chiều dài xếp tải Q λQ 16.1 20.125 24.15 28.175 32.20 HÖ sè xung kÝch cho M (1+η)M 1.096 1.096 1.096 1.096 1.096 HÖ sè xung kÝch cho Q (1+η)Q 1.217 1.187 1.156 1.126 1.096 3.4.2.3.Tải trọng tương đương Hạng mục Đoàn ôtô H30 Xe nặng XB80 Đơn vị Lệch tâm L/2 3L/8 L/4 L/8 Đầu dầm KN/m qM 17.60 19.08 20.56 22.56 0.000 KN/m qQ 32.12 28.67 27.44 25.95 24.56 KN/m qM 45.97 45.97 45.97 46.41 0.000 KN/m qQ 86.37 72.42 61.37 53.02 46.86 3.4.2.4.Nội lực hoạt tải Hạng mục L/2 3L/8 L/4 L/8 Đầu dầm Diện tích ĐAH M 129.61 121.50 97.20 56.70 0.00 DiƯn tÝch §AH Q 4.03 6.29 9.06 12.33 16.10 Đoàn ôtô H30 Xe nặng XB80 Ký hiệu Đơn vị M KNm 1375.8 1398.2 1205.4 77.14 0.00 Q KN 78.0 108.7 149.9 192.9 238.4 M KNm 1751.7 1641.0 1313.6 773.64 0.00 Q KN 137.0 179.4 219.0 257.5 297.2 Ngành xây dựng Cầu đường 90 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 3.4.3.Tính toán khả chịu lực mặt cắt : 3.4.3.1.Đặc trưng hình học dầm: Hạng mục Ký hiệu Đơn vị DiƯn tÝch F cm2 7781.49 7781.49 7781.49 7781.49 11889.99 M«men tÜnh S cm3 867001 866407 864595 861582 1238249 Yd cm 111.42 11.34 111.11 110.72 104.14 Yt cm 58.58 58.56 58.89 59.28 65.68 e cm4 93.85 91.68 85.09 74.14 52.71 I cm4 33489012 33370645 33026890 32511998 37673289 Wd cm3 300570 299713 297247 293636 361749 Wt cm3 571664 568901 560815 548466 572039 Wet cm3 356847 363971 388119 438544 714680 Toạ độ trọng tâm Mômen quán tính Mômen kháng uốn L/2 3L/8 L/4 L/8 Đầu dầm 3.4.3.2.Khả chịu mô men nhịp : Trước hết ta xác định vị trí trục trung hoà từ điều kiện sau: ( ) ' K =  Ru * D1 * tb + Rt * Ft + Ft ' Rt' − σ T − RH * FT − Rt * Ft    Vì không xét cốt thép thường nên ta có: K = [ Ru * D1 * tb − RH * FT ] Trong đó: Ru : Cường độ chịu nén uốn bêtông D1 : Chiều rộng làm việc cánh dầm tb : Chiều dầy cánh tương đương RH : Cường độ thép thêi ®iĨm kiĨm tra Ft : DiƯn tÝch cèt thÐp tiết diện xét * Nếu K > tức lực nén chịu lớn khả chịu kéo cốt thép trục trung hoà qua cánh dầm Khi ta xác định trục trung hoà sau: Ngành xây dựng Cầu đường 91 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Ru * D1 * x1 = FT * RH Khả chịu lực dầm tiết diện là: x  M gh  = m2 * RU * D1 * x *  h0 −    2 m2 : Hệ số điều kiện làm việc cÊu kiƯn nã phơ thc vµo tû sè ξ = NÕu ξ < 0.3 th× x h0 m2 = NÕu 0.3 < x < 0.55 th× m2 = 1.7-0.7(0.8 ξ -A) A = 0.00015*R0 < 0.75 R0 = 0.8 RH T 0.8RH : Giới hạn chảy quy ­íc cđa thÐp σT : øng st tr­íc cã xÐt ®Õn øng suÊt hao * NÕu K < th× trục trung hoà qua sườn dầm Ta xác định trục trung hoà công thức: Ru * d s * x = FT * RH * − Rlt *( D1 − d s ) * tb ds: Chiều dày sườn đứng dầm Rlt : Cường độ chịu nén dọc trục Khả chịu lực tiÕt diƯn lµ:  M gh  = m2 * Ru * d s * x *(h0 − 0.5 x) + Rlt *( D1 − d s ) * tb *(h0 − 0.5tb )   v Theo ®iỊu kiƯn cường độ : MghI = 7523.67 kN 3.4.3.3.Khả chịu lực cắt gối : áp dụng công thức: [Q ] = mHo * RH * ∑ FHo *sin α + mHx RH * ∑ FHx + max * Ra ∑ Fax + Qxo Trong ®ã: mHo , mHx , max : Hệ số điều kiện làm việc theo điều 5.16 tiêu chuẩn 22TCN 18-79 RH : Cường độ tính toán chịu kéo cốt thép căng trước FHo : Diện tích mặt cắt cốt thép cong có DUL trước nằm mặt phẳng (xiên so với trục cấu kiện) cắt mặt phẳng tính toán Ngành xây dựng Cầu đường 92 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật FHx Fax : Diện tích mặt cắt tất nhánh cốt thép đai căng trước không căng trước nằm mặt phẳng uốn (vuông góc với trục dọc cấu kiện) mặt cắt xiên tính toán : Góc xiên cđa cèt thÐp n céng hoµ x· héi chđ nghÜa việt nam Qxo : Lực cắt giới hạn, mà bêtông vùng chịu nén cốt thép đai mặt cắt xiên bất lợi chịu Qxo = 0.6* RI * b * h02 * qx − (qxa*ua + qxH * u H ) qx : Néi lùc giới hạn cốt thép đai đơn vị chiỊu dµi cÊu kiƯn qx = qxa + qxH = m ax * Ra * Fax mHx * RH * FHx + ua uH ua vµ uH : B­íc cđa cốt đai lực trước có lực trước v Theo ®iỊu kiƯn c­êng ®é : QghI = 1036.60 kN 3.4.4.Kết đánh giá : 3.4.4.1.Mô men cho phép đoàn xe H30 gây nhịp : Theo c«ng thøc 2.2.3 ta cã : H [ M ]a 30 = M ghI − ∑ ng M g − nt M t na (1 + µ ).ε = 7638,95 − 1.4* 4079,989 = 1705.992 kNm 1.4*(1 + 0.096) *0.7 3.4.4.2.Mô men cho phép xe HK80 gây nhịp : Theo công thức 2.2.3 ta có : = HK 80 a [M ] M ghI − ∑ ng S g − nt S t = na (1 + µ ).ε 7638, 95 − 1.4* 4079,989 = 1751.78 kNm 1.1 3.4.4.3.Lực cắt cho phép đoàn xe H30 gây gối : H 30 a [Q] = Q ghI − ∑ ng Qg − nt Q t na (1 + µ ).ε = 1036, − 1.4*506,831 = 304.4807 kN 1.4*(1 + 0.096) *0.7 3.4.4.4.Lùc c¾t cho phép xe HK80 gây gối : HK 80 a [Q] = Q ghI − ∑ ng Qg − nt Q t na (1 + µ ).ε Ngành xây dựng Cầu đường = 1036, 1.4*506,831 = 297.306 kN 1.1 93 Kho¸ häc 2002-2005 Phan TiÕn Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Sau tính toán ta có bảng tổng hợp kết sau : a Nội lực hoạt tải gây cho KCN dầm là: Vị trí Mô tả Do H30 gây Do HK80 gây Giữa nhịp Mô men (KNm) 1375.80 1751.7 Gèi Lùc c¾t (KN) 238.40 297.20 b Néi lực cho phép hoạt tải gây cho KCN dầm là: Vị trí Mô tả Do H30 gây Do HK80 gây Giữa nhịp Mô men (KNm) 1705.992 1751.787 Gèi Lùc c¾t (KN) 304.4807 297.306 c Tû sè nội lực cho phép nội lực hoạt tải gây cho KCN là: Vị trí Mô tả Do H30 gây Do HK80 gây Giữa nhịp Mô men (KNm) 1.24 1.0003 Gối Lực cắt (KN) 1.277 1.0001 Vậy cầu khai thác xe H30 HK80 Mức độ dự trữ xe nặng XB80 gần không Nhận xét: v Đánh giá cầu theo hướng dẫn AASHTO theo tiêu chuẩn 22TCN 243-98 có mức độ an toàn xấp xỉ v Tính toán đánh giá theo AASHTO hoàn toàn so sánh đối chiếu tính toán đánh giá theo tiêu chn 22TCN 243-98 v Trong ®iỊu kiƯn ViƯt Nam, đánh giá cầu cụ thể theo phương pháp tính toán lại kết cấu có kể đên trạng sử dụng đồng thời tiêu chuẩn đánh giá AASHTO 22 TCN 243-98 Ngành xây dựng Cầu đường 94 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Kết luận Luận án đà tìm hiểu trạng công tác kiểm tra đánh giá cầu giới Việt Nam, đà hệ thống hoá hư hỏng cầu BTCT BTCT ƯST Việt Nam Luận án đà trình bày nội dung Quy trình xác định sức chịu tải kết cấu nhịp rầm BTCT cầu đường BCH 32-78 (Liên bang Nga); Quy trình thử nghiệm cầu 22TCN 243-98 (Việt Nam); quy trình BD 21-93 (Anh); hướng dẫn đánh giá cầu theo AASHTO (Mỹ) đưa nhận xét quy trình Qua kết nghiên cứu luận án thấy rằng: v Các cầu BTCT BTCT DƯL chiếm tỉ lệ tương đối lớn hệ thống cầu quốc lộ Việt Nam Các cầu BTCT BTCT DƯL Việt Nam có nhiều loại kết cấu nhịp khác nhau, nhiều loại mặt cắt ngang khác Được thiết kế thi công theo nhiều thời kỳ khác dựa Tiêu chuẩn thiết kế khác v Công tác kiểm tra đánh giá cầu khai thác nghiên cứu từ lâu giới đà thu nhiều kết quan trọng Hiện công tác ngày quan tâm Việt Nam bước đầu đà có kết định Việc tìm hiểu, nghiên cứu so sánh số tiêu chuẩn đánh giá kết cấu nhịp cầu dầm BTCT khai thác đường ôtô Việt Nam số nước giới cần thiết v Công tác kiểm tra đánh giá chất lượng kỹ thuật công trình cầu có kết cấu nhịp dầm BTCT đà nước quan tâm đà xây dựng hệ thống tiêu chuẩn từ sớm Công tác kiểm tra đánh giá chất lượng đà coi nhiệm vụ tổ chức làm công tác quản lý bảo dưỡng công trình v Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá chất lượng kỹ thuật công trình phát triển theo xu hướng quy chuẩn hoá mang tính chất pháp lý bắt buộc Trình tự tiến hành công tác kiểm tra, đánh giá biên chế tổ chức làm công tác kiểm định tiêu chuẩn hoá từ thấp đến cao v Việc đánh giá chất lượng kỹ thuật công trình để lên kế hoạch, định biện pháp sửa chữa tăng cường thông qua công tác kiểm tra Ngành xây dựng Cầu đường 95 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật mức độ giải loại kiểm tra v Công trình theo dõi, quan sát đánh giá chất lượng từ xây dựng xong suốt trình khai thác sử dụng lập thành lý lịch lưu trữ đầy đủ Một hệ thống quản lý chất lượng tốt có đầy đủ số liệu thống kê số liệu kiểm tra định kỳ, kiểm định cầu liệu quan trọng cần thiết cho việc đánh giá cầu v Quy trình 22TCN 243-98 đà sử dụng nhiều kết Quy trình BCH 3278, phân biệt kết cấu BTCT kết cấu BTCT DUL, thử tải tĩnh động đồng thời Tuy nhiên phần trình bầy nhịp dầm BTCT DUL chưa đầy đủ, thiếu đồng nhiều chỗ trình bầy chung chung v Đánh giá cầu theo AASHTO có số đặc điểm sau: - Các hướng dẫn AASHTO việc kiểm tra đánh giá cầu chi tiết hệ thống, cần phải học tập - Các hướng dẫn đưa mức đánh giá mức đánh giá kiểm kê mức đánh giá khai thác Mức đánh giá kiểm kê cho phép so sánh với khả chịu tải kết cấu mới, từ xác định hoạt tải tác động an toàn lên kết cấu, mức đánh giá khai thác xác định hoạt tải tối đa chạy qua cầu - Trong hướng dẫn AASHTO đà đưa khái niệm độ tin cậy kết cấu đánh giá Đây bước phát triển triết lý đánh giá công trình - Các hướng dẫn AASHTO đưa nhiều phương pháp đánh đánh giá theo ứng suất cho phép, đánh giá theo hệ số tải trọng đánh giá theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng - Trong hướng dẫn đưa chi tiết loại tải trọng, hệ số sức kháng hệ số tải trọng - nước ta lượng lớn cầu thiết kế theo Tiêu chuẩn AASHTO trước Việc áp dụng hướng dẫn AASHTO để đánh giá chất lượng công trình hợp lý Ngoài ra, từ việc thiết kế cầu ta đà tuân theo Tiêu chuẩn AASHTO tương lai việc đánh giá chất lượng công trình cầu tuân theo Tiêu chuẩn AASHTO Ngành xây dựng Cầu đường 96 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Vì việc nghiên cứu tìm hiểu hướng dẫn đánh giá cần theo Hướng dẫn AASHTO cần thiết Một số kiến nghị v Do điều kiện lịch sử, hệ thống cầu Việt Nam (trong có cầu BTCT) thiết kế thi công theo nhiều tiêu chuẩn quy trình khác nhau, nên đánh giá cầu không xem xét so sánh riêng tải trọng khả chịu tải để kết luận mà phải xem xét đồng thời theo hai theo phương pháp luận tiêu chuẩn, quy trình Mục ®Ých ci cïng lµ hƯ sè an toµn tÝnh theo tiêu chuẩn, quy trình xem xét v Phương pháp đánh giá dùng phương tiện thiết bị ®¹i ®Ĩ ®o ®¹c kiĨm tra víi ®éi ngị kiĨm định viên có trình độ cao, có nhiều kinh nghiệm tận tâm với công việc Vì vậy, để tăng cường hiệu kiểm đánh giá cầu cân phải tăng cường công tác quản lý khai thác, trọng đào tạo nguồn nhân lực cho công tác kiểm định đầu tư thiết bị phục vụ công tác kiểm định đại đồng v Trong điều kiện Việt Nam, đánh giá cầu cụ thể theo phương pháp tính toán lại kết cấu có kể đến trạng nó, mặt nguyên tắc sử dụng đồng thời tiêu chuẩn đánh giá 22 TCN 243-98, BCH 32-78, đánh giá theo hướng dẫn AASHTO Tuy nhiên điều kiện Bộ GTVT đà định sử dụng thống tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 273-05, việc yêu cầu vận dụng thức phương pháp đánh giá cầu theo hệ số tải trọng sức kháng (LRFD) phù hợp cần thiết Ngành xây dựng Cầu đường 97 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật tài liệu tham khảo [ 1] Bộ Đường ô tô LB Nga (1990), Quy trình xác định sức chịu tải kết cấu nhịp rầm BTCT cầu ®­êng bé BCH 32-78, ViƯn ThiÕt kÕ GTVT, Hµ Néi [ 2] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn ngành (1979), Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 3] Bộ Giao thông vận tải bưu điện, Tiêu chuẩn ngành (1992), Quy trình thử nghiệm cầu 22-TCN-170-87, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 4] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn ngành (1999), Quy trình kiểm định cầu đường ô tô 22-TCN-243-98, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 5] Bộ Giao thông Vận tải Tiêu chuẩn kỹ thuật kiểm tra thường xuyên đường bộ, Hà nội 2003 [ 6] Trần Đức Nhiệm, 2004, Vấn đề hạn chế kiểm soát tải trọng xe lưu hành qua cầu đường Cần tiếp cận giải cách có hệ thống đồng , Tạp chí GTVT, 11-2004 Hà nội [ 7] Nguyễn Viết Trung (2003), Chẩn đoán công trình Cầu, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội [ 8] Nguyễn Văn Lạp đồng nghiệp (1995), Lựa chọn công nghệ thích hợp kiểm định công trình giao thông, Báo cáo kết đề tài cấp Nhà nước KC-10-11, Chương trình KC-10, Viện Khoa học Công nghệ GTVT, Hà Nội [9] AASHTO (1989), Guide Specifications for Strength Evaluation of Existing Steel and Concrete Bridge, Washington D C [10] AASHTO (1990), Manual for Maintenance Inspection of Bridge 1983 Includes Revision From Interim Specification for Beidges 1984, 1984, 1986, 1987-1988, 1989, 1990, Washington D C [11] AASHTO (1996), Standard Specifications for Highway Bridges, Ngành xây dựng Cầu đường 98 Khoá học 2002-2005 Phan Tiến Hoàng Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Washington D C [12] AASHTO (2001), Manual for Condition Evaluation of Bridges Second Edition As Revised by the 1995, 1996, 1998 and 2000 Interim Revisions and as approved by the AASHTO Subcommittee on Bridges and Structures, Washington D C [13] BSI (1990), BS 6089:1981 Guide to Assessment of Concrete Strength in Exiting Strucrures, British Standards Institution, London [14] BD 21/93 (1993), Quality Controlled Document- Highway bridge and Structures, British Standard Institution, London [15] NCHRP: Manual for Condition Evaluation Load Rating of Highway Bridges Using Load and Resistance Factor Philosophy, Washington D.C, May 2001 [16] Ciolk A T., Tabatabai H., (1999), “NCHRP Wed Document 23: Contractor’s Final Report: Nondestructive Methods for Condition Evaluation of Prestressing Steel Strands in Concrete Bridges-Final Report, Phase I: Technology Review”, Transportation Research Board Project No.10-53 [17] Ali M G and Maddocks A R., (1999), “Evaluation of Corrosion of Prestressing Steel in Concrete Using Non-Destructive Texhniques”, january/February 1994, pp 297-300 [18] Wichmann H J., Holst A., Harir K and Buldelmann H (2003), “Detection an locazation in tendons by means of electromagnetic”, International Symposium on Non-Destructive Testing in Civil Engineering 2003 (NDT-CE 2003), September 16-19, 2003 in Berlin, Germany Ngành xây dựng Cầu đường 99 Khoá học 2002-2005 ... dầm BTCT khai thác đường ? ?tô theo số tiêu chuẩn hành đặt nhằm mục tiêu sau: Tìm hiểu nghiên cứu số tiêu chuẩn đánh giá kết cấu nhịp cầu rầm BTCT cũ đường ? ?tô Việt Nam số nước giới Đánh giá công. .. đánh giá kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép đường ? ?tô Trình bày trạng công tác kiểm tra, đánh giá cầu BTCT Việt Nam, tình hình nghiên cứu đánh giá kết cấu nhịp cầu BTCT giới vấn đề giải luấn án. .. Anh), đánh giá cầu theo tiêu chuẩn AASHTO (Mỹ) Do công trình cầu nước ta thiết kế theo nhiều tiêu chuẩn khác nên việc áp dụng tiêu chuẩn đánh giá cầu để đánh giá cầu xây dựng theo hệ thống tiêu chuẩn