ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ TRUNG TÍN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ TRUNG TÍN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN ĐÌNH QUẢNG Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Lê Trung Tín MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CÚU CỦA ĐỀ TÀI ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BỐ CỤC LUẬN VĂN TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CÚU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU DẦM ĐƠN GIẢN BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CẦU BÊ TƠNG DỰ ỨNG LỰC 1.1.1 Cầu bê tông dự ứng lực giới 1.1.2 Cầu bê tông dự ứng lực Việt Nam 1.2 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH 1.2.1 Cầu bê tông cốt thép 13 1.2.2 Cầu thép 14 1.2.3 Cầu thép bê tông liên hợp 14 1.3 CÁC CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG CẦU DẦM GIẢN ĐƠN 14 1.3.1 Công nghệ dán thép tăng cường cầu dầm 14 1.3.2 Tăng cường khả chịu lực kết cấu nhịp cầu bê tông dự ứng lực DƯL-N 16 1.3.3 Tăng cường khả chịu lực kết cấu nhịp cầu BT DƯL sợi vật liệu composite (FRP) 18 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21 CHƯƠNG CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG DẦM GIẢN ĐƠN BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 22 2.1 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ GIA CƯỜNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI CHO DẦM CẦU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC TRONG 22 2.1.1 Hệ thống cáp dự ứng lực hãng QVM 22 2.1.2 Hệ thống cáp dự ứng lực hãng OVM 24 2.1.3 Lý thuyết phân tích kiểm tốn 27 2.1.4 Ví dụ tính tốn 29 2.1.5 Ưu điểm nhược điểm công nghệ căng cáp dự ứng lực ngồi 33 2.2 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ GIA CƯỜNG BẰNG TẤM SỢI VẬT LIỆU COMPOSITE (FRP) 33 2.2.1 Các đặc điểm tổng quát 33 2.2.2 Các đặc trưng học vật liệu FRP 35 2.2.3 Lý thuyết tính tốn 36 2.2.4 Ví dụ tính tốn 38 2.2.5 Dự toán sửa chữa dán sợi cacbon cho dầm: 39 2.2.6 Ưu điểm công nghệ dán vật liệu sợi cacbon 39 2.2.7 Nhược điểm công nghệ dán vật liệu sợi cacbon 39 2.3 SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN GIA CƯỜNG 40 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 40 CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN VỚİ CƠNG TRÌNH CẦU MÂY TỨC TRÊN QUỐC LỘ 53, THỊ TRẤN CÀNG LONG, HUYỆN CÀNG LONG, TỈNH TRÀ VİNH 41 3.1 PHƯƠNG ÁN GIA CƯỜNG CẦU MÂY TỨC BẰNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGỒI CHO DẦM BÊ TƠNG DỰ ỨNG LỰC 41 3.1.1 Số liệu tính tốn 41 3.1.2 Tính tốn sức kháng uốn dầm trước gia cường 44 3.1.3 Mơ hình phân tích 45 3.1.4 Tải trọng phân tích 46 3.1.5 Tổ hợp tải trọng tính tốn kiểm tra 48 3.1.6 Điều kiện kiểm tra kết cấu chịu lực theo 22TCN272-05 48 3.1.7 Tính tốn dầm chủ sau cắt cáp dự ứng lực 49 3.1.8 Tính tốn nội lực dầm trước gia cường cáp dự ứng lực 50 3.1.9 Tính tốn độ lớn nội lực cần tăng cường cho dầm cầu 51 3.1.10 Phương án gia cường 51 3.1.11 Tính tốn dầm sau tăng cường 53 3.1.12 Tổng kết kết tăng cường 55 3.1.13 Dự toán sửa chữa căng cáp dự ứng lực 56 3.2 PHƯƠNG ÁN DÁN TẤM SỢI VẬT LIỆU FRP 56 3.2.1 Nội lực kiểm tra kết cấu 56 3.2.2 Kiểm tra khả chịu lực cấu kiện 57 3.2.3 Dự toán sửa chữa tăng cường dán vật liệu FRP 57 3.3 SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN GIA CƯỜNG 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN PHỤ LỤC ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Học viên: Lê Trung Tín Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 Khóa: 31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Mạng lưới giao thơng đường nước ta nói chung tỉnh Trà Vinh nói riêng ngày mở rộng phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội Trong tồn nhiều cơng trình cầu bê tơng cốt thép dự ứng lực với trạng thái kỹ thuật cơng trình xuống cấp nhiều ngun nhân khác Bên cạnh cơng tác tu, sửa chữa nhiều bất cập, chưa triệt để dẫn đến chưa đạt hiệu cao Tuy nhiên tình hình kinh tế khó khăn nay, nguồn vốn đầu tư cho xây dựng hạn hẹp Vì cần có nhiều nghiên cứu, đánh giá đưa biện pháp gia cường tối ưu nhằm đảm bảo hiệu kinh tế, kĩ thuật Nghiên cứu so sánh, đánh giá hiệu kinh tế hai biện pháp gia cường sợi vật liệu composite (FRP) căng cáp dự ứng lực cầu địa bàn tỉnh Trà Vinh để đưa biện pháp hợp lý vừa phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật vừa phải đảm bảo yêu cầu tài hồn cảnh khó khăn kinh tế Từ khóa - gia cường; composite; dự ứng lực ngoài; hiệu kinh tế; cầu bê tông cốt thép; EVALUATION OF THE EFFICIENT ECONOMY OF REINFORCEMENT MEASURES FOR PRE-STRESSED CONCRETE BRIDGES IN TRA VINH PROVINCE Abstract – In general, road transportation networks in Viet Nam and Tra Vinh province in particular are increasingly expanding and developing in order to meet the requirements of socio-economic development There are still quite a lot of pre-stress concrete bridges with actual conditions of these bridges that have been degraded and damaged by various reasons In addition, the maintenance and repair works is still inadequate, thorough leading to not to achieve high efficiency However, capital investment for construction is very limited in currently difficult economy situation Therefore, many researches and evaluations should be executed in order to provide optimal reinforcement measures and ensure efficient economy and technical requirements This study compares and evaluates efficient economy of two reinforcement measures by fibre - reinforced plastic (FRP) and external prestressed strand for certain bridges in Tra Vinh province to fully provide reasonable approaches that are met not only the technical requirements but also financial issues during present difficulty in economy condition Key words - reinforcement; composite; external prestressed concrete; efficient economy; reinforced concrete bridges DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BT BTCT DƯL DƯL-N ƯST QL ĐT ĐH GTVT TP VN : Bê tông : Bê tông cốt thép : Dự ứng lực : Dự ứng lực : Ứng suất trước : Quốc lộ : Đường tỉnh : Đường huyện : Giao thông vận tải : Thành phố : Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Tên bảng Trang Hiện trạng hệ thống cầu đường Quốc lộ tỉnh Trà Vinh Hiện trạng hệ thống cầu Đường tỉnh, huyện tỉnh Trà Vinh Một số loại dây cáp dự ứng lực Bán kính số lượng tao cáp ống dẫn hướng Các thành phần cáp dự ứng lực ngồi Quy cách kỹ thuật đầu neo bó cáp Quy cách phận chuyển hướng bó cáp Quy cách kỹ thuật đầu neo lựa chọn Bảng khối lượng vật liệu thi cơng Bảng tính chi phí Bảng tóm tắt kết tính tốn Khối lượng vật tư dán sợi cacbon cho dầm Chi phí sửa chữa cho dầm Bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật hai phương án gia cường Bảng tổng hợp lực căng kéo bó cáp Tính tốn trọng tâm nhóm cáp Kết tăng cường cáp dự ứng lực Bảng khối lượng vật tư thi công DƯL-N cầu Mây Tức Bảng chi phí phương án cáp DƯL-N cầu Mây Tức Bảng tổng hợp kết tăng cường dán vật liệu FRP Bảng khối lượng vật tư thi công gia cường FRP nhịp dầm Bảng chi phí xây dựng gia cường FRP cho nhịp dầm Bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật hai phương án gia cường 23 24 25 26 26 30 32 33 38 39 39 40 43 45 55 56 56 57 57 58 58 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 Tên hình vẽ Trang Cầu Ba Càng QL1- Tỉnh Vĩnh Long Bảng đồ trạng giao thông tỉnh Trà Vinh Trình tự cơng nghệ dán thép tăng cường Cách bố trí thép thực tế Dán thép chịu uốn Dán thép chịu cắt Sơ đồ trình tự thi cơng cáp DƯL-N Sơ đồ bố trí cáp DƯL-N tăng cường kết cấu nhịp cầu Kết tăng cường cầu DƯL-N cầu QL 80 Cấu trúc vật liệu FRP Sơ đồ trình tự thi cơng dán sợi vật liệu Composite Cầu Hói Rui Km867+785 –Huế gia cố vật liệu FRP Sửa chữa gia cường cho dầm cầu Thừa Lưu QL1A-Huế Sửa chữa gia cường cầu Ngòi Cát QL70 – Lào Cai Sơ đồ bố trí hệ thống cáp dự ứng lực Cấu tạo đầu neo cáp điển hình (QVM –ET2) Ống chuyển hướng cáp Hệ thống cáp dự ứng lực hãng OVM Đầu neo điển hình OVM cáp dự ứng lực ngồi Thiết bị chuyển hướng cáp dự ứng lực Sáu loại chống ăn mòn cáp dự ứng lực ngồi Thiết bị giảm chấn cho cáp dự ứng lực Sơ đồ tiết diện tính tốn sức kháng uốn dầm Mặt cắt ngang dầm Chiều dài nhịp tính tốn Đầu neo cáp lựa chọn Mặt đứng bố trí cáp Mặt cắt ngang bố trí cáp nhịp Mặt cắt ngang bố trí cáp đầu dầm Mơ hình tính với căng cáp dự ứng lực ngồi Mơ men dầm hiệu ứng căng cáp dự ứng lực Biến dạng dầm nhịp Một số dạng vật liệu tăng cường carbon Xác định hiệu ứng chiều cao làm việc tiết diện 15 15 15 16 17 17 18 18 19 20 20 20 22 23 24 24 25 26 27 27 28 29 29 30 30 30 31 31 32 32 34 36 Số hiệu hình vẽ 2.21 2.22 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 Tên hình vẽ Trang Biểu đồ phân tích lực mặt cắt ngang Sơ đồ nhịp mặt cắt ngang dầm Hình ảnh trạng cầu Mây Tức Số dầm bố trí cho nhịp cầu Mây Tức trạng Cấu tạo mặt cắt ngang dầm trước sau liên hợp 1/2 chiều dài dầm 24.54m Bố trí cáp dự ứng lực dầm I 24.54m (1/4) Bố trí cáp dự ứng lực dầm I 24.54m (1/2) Chi tiết hình dạng tao cáp dự ứng lực Mặt cắt ngang bố trí cáp đầu dầm nhịp (dầm I 24.54m) Mặt cắt ngang dầm tính tốn sức kháng uốn nhịp Mơ hình tổng thể nhịp dầm với Midas/Civil Mơ hình tải trọng cáp dự ứng lực (1/2 dầm) Sơ đồ xếp tải trọng xe, xe tải thiết kế Định nghĩa xe tải xe hai trục hiệu ứng HL93 Định nghĩa tải trọng xe mõi Mơ hình 3D dầm cáp dự ứng lực Kết tính độ vồng dầm sau cắt cáp dự ứng lực Mô men dầm trạng thái cường độ Mô men dầm tổ hợp giới hạn sử dụng Mô men dầm tổ hợp giới hạn sử dụng không xét hoạt tải Đầu neo cáp OVM 12 tao 15mm lựa chọn Bộ chuyển hướng có bán kính 2500 cho bó cáp 12 tao 15mm Mặt đứng bố trí cáp Mặt cắt ngang bố trí cáp đầu dầm nhịp Mô men dầm căng cáp dự ứng lực ngồi Mơ men dầm trạng thái giới hạn sử dụng Biến dạng dầm nhịp Độ võng lớn dầm Ứng suất bó cáp Kiểm tra hiệu ứng mõi cho cáp 36 38 41 41 42 42 42 43 43 44 44 46 47 47 47 48 49 49 50 50 51 51 52 52 52 53 53 54 54 55 55 Ef := 37000 MPa + Mô đun đàn hồi vật liệu gia cuờng: + Cường độ thiết kế vật liệu gia cuờng: ffu := CE f'fu ffu = 589.95 MPa + Biến dạng thiết kế vật liệu gia cuờng: ε fu := CE ε'fu ε fu = 0.014 + Trọng lượng riêng bê tông: fy := 414 MPa kg γc := 2500 m + Số lớp vật liệu dùng FRP: n := + Chiều dày vật liệu FRP: t f := 1.016 mm + Bề rộng vật liệu gia cường: wf := 610 mm + Giới hạn chảy thép: Bước 2: Tính tốn sơ bộ: + Mô đun đàn hồi thép dự ứng lực: Ep := 1.96 10  MPa + Diện tích tao cáp dự ứng lực: a1ps := 99 mm + Số tao cáp dự ứng lực: n ps := 2 + Diện tích cáp dự ứng lực: Aps := n ps  a1ps Aps = 495 mm + Mô đun đàn hồi bê tông: Ec := 4700 f'c MPa Ec = 2.469  10  MPa + Mô đun đàn hồi thép: Es := 200000 MPa Es + Tỷ số mô đun đàn hồi thép thường bê tông: n s := n s = 8.1 + Diện tích mặt cắt ngang vật liệu gia cường: Af := n  tf  wf = 619.76 mm + Diện tích mặt cắt nguyên: Acg := b f  hf + b w h - hf Ec ( ) Acg = 5.506  10 mm + Trọng tâm mặt cắt đến thớ dầm: yt := bf  hf ( )  + b w h - h f   h f +  h - hf  Acg yt = 238.501 mm + Mô mem quán tính mặt cắt ngang:  b  h 3 hf  bw ( h - h f ) h - hf    f f   Ig := + b f  h f   yt  + + b w ( h - hf )   h - yt  12  12    10 Ig = 2.131  10 mm   r := + Bán kính quán tính: Ig r = 196.751 mm Acg + Biến dạng thép dự ứng lực lực tồn cáp: ε pe := fpe -3 ε pe = 5.806  10 Ep + Lực cáp dự ứng lực: Pe := Aps  fpe Pe = 563.31 kN + Lệch tâm cáp với trọng tâm dầm: eps := dp - yt eps = 332.499 mm Bước 3: Xác định biến dạng tồn trước gia cuờng: + Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện trước gia cường đến đáy dầm: yb := h - yt + Biến dạng ban đầu thớ dầm: ε bi :=  Ec Acg   -Pe 1 + eps  yb  r M yb = 396.499 mm y  + DL b Ec Ig   -5 ε bi = -3.262  10 Bước 4: Xác định hệ số biến dạng, dính bám vật liệu FRP: + Hệ số biến dạng vật liệu FRP: f'c mm f'c mm     0.9 ε ε fd := 0.41 if  0.41 fu  n  Ef  t f n  Ef  t f    (0.9 εfu) ε fd = 0.011 otherwise Bước 5: Xác định chiều cao vùng nén: + Giả sử chiều cao vùng nén trước, sau điều chỉnh dựa vào phương trình cân lực c1 := 47 mm crenfe := 0.1 h = 63.5 mm Bước 6: Xác định biến dạng vật liệu FRP bê tông chịu nén + Biến dạng vật liệu FRP: ε fe := ( 0.003 h - c1 ) c1 - ε bi if ( 0.003 h - c1 c1 ) - εbi  εfd ε fe = 0.011 ε fd otherwise Bước 7: Xác định biến dạng cốt thép ứng suất trước: + Biến dạng thép dự ứng lực trạng thái giới hạn cường độ uốn với chiều cao vùng nén c1:  d p - c1  ε pnet := ε fe + ε bi    h - c1 ( )   + Biến dạng thép dự ứng lực trước gia cường: 2    eps  Pe  eps     ε ps := ε pe +  1+ + ε pnet if ε pe +  1+ + εpnet  0.035       Acg Ec Acg Ec r  r      Pe 0.035 otherwise -3 ε pnet = 9.871  10 ε ps = 0.016 Bước 8: Tính tốn ứng suất thép DUL FRP: + Ứng suất thép dự ứng lực: (196500 εps MPa) fps := if ε ps  0.0086 fps = 1.829  10  MPa  1860 - 0.276   MPa otherwise  ε ps - 0.007    + Ứng suất vật liệu gia cuờng: ffe := Ef  ε fe ffe = 411.048 MPa Bước 9: Xác định lại chiều cao chịu nén c: + Biến dạng bê tông vùng chịu nén: c1 ε c := εfe + ε bi  h - c1 ( ) ε c = 8.854  10 -4 + Ứng biến bê tông tương ứng với cường độ thiết kế bê tông: 1.7 f'c -3 ε'c := ε'c = 1.9  10 Ec + Hệ số quy đổi hình khối ứng suất với cấp biến dạng bê tông: 4 ε'c - ε c β1 :=  ε'c - 2 ε c β1 = 0.697 + Hệ số hình khối ứng suất chuyển đổi hình chữ nhật: α1 :=  ε'c ε c - ε c 3 β1  ε'c α1 = 0.564 Bước 10: Kiểm tra chiều cao vùng nén bê tông: + Chiều cao nén hình tam giác: c2 := (Aps fps + Af  ffe) c2 = 48.32 mm α1  f'c β1  bf c1 = 47 mm Bước 11: Kiểm tra chiều cao chịu nén hợp lý: c := c1 if c1 - c2  100 c1 3 c = 47 mm "Not OK" otherwise Bước 12: Tính tốn sức kháng uốn thành phần + Hệ số chiết giảm biến dạng giới hạn vật liệu FRP: ψ := 0.85 + Sức kháng thép dự ứng lực: c M np := Aps  fps   d p - β1  = 502.058 kN m 2  + Sức kháng FRP: c M nf := ψ Af  ffe  h - β1   = 133.953  kN m 2  Bước 13: Tính tốn sức kháng uốn: + Hệ số sức kháng uốn: ϕ := 0.9 + Sức kháng uốn danh định: c c M n := Aps  fps   d p - β1   + ψ Af  ffe  h - β1   2 2   + Sức kháng uốn tính tốn: SK_Uon := M r := ϕ M n M n = 636.012  kN m M r = 572.41 kN m "OK" if M r  M u M u = 538 kN m SK_Uon = "OK" "Not OK" otherwise Bước 14: Kiểm tra điều kiện sử dụng mặt cắt: + Tính tốn mơ men nứt so sánh với mơ men trạng thái giới hạn sử dụng: ( fr := 0.62 f'c MPa + Cường độ bê tông chịu kéo: 0.5  r  M cr := fr + Pe eps +  yb yb    Ig + Mô men nứt: KT_Nut := ) fr = 3.257 MPa M cr = 417.375 kN m "OK" if M cr  M sa M sa = 391.3 kN m "Not OK" otherwise KT_Nut = "OK" Bước 15: Tính tốn ứng suất thép dự ứng lực: + Biến dạng thép dự ứng lực trạng thái giới hạn sử dụng:  eps  M sa eps  ε ps_s := εpe +  1+ + Acg Ec   Ec Ig r   Pe -3 ε ps_s = 6.213  10 + Ứng suất thép dự ứng lực: fps_s := ( 196500 εps_s MPa) if ε ps_s  0.0086 fps_s = 1.221  10  MPa 0.276  1860   MPa otherwise  ε ps_s - 0.007    US_PS := "OK" if fps_s  0.82 fpy  fps_s  0.74 fpu 0.74 fpu = 1.376  10  MPa "Not OK" otherwise 0.82 fpy = 1.301  10  MPa US_PS = "OK" Bước 16: Kiểm tra ứng suất bê tông trạng thái giới hạn sử dụng: + Biến dạng bê tông thớ chịu nén cùng:  eps  M sa yt  ε c_s :=  1+ Acg Ec   Ec Ig r   -Pe + Ứng suất bê tông: -4 ε c_s = -3.371  10 Ec = 2.469  10  MPa fc_s := Ec ε c_s fc_s = 8.324 MPa US_BT := "OK" if fc_s  0.45 f'c 0.45 f'c = 12.42 MPa "Not OK" otherwise US_BT = "OK" Bước 17: Kiểm tra ứng suất FRP trạng thái giới hạn sử dụng: + Ứng suất vật liệu gia cường: Ef M sa yb ff_s :=  - ε bi Ef Ec Ig US_FRP := "OK" if ff_s  0.55 ffu ff_s = 12.116 MPa US_FRP = "OK" "Not OK" otherwise III Kết luận: + Gia cường lớp FRP vào đáy dầm + Ứng suất bê tông FRP nằm giới hạn cho phép PHỤ LỤC 2: GIA CUỜNG DẦM CẦU MÂY TỨC BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC VỚI VẬT LIỆU LỚP FRP I Số liệu tính tốn: +) Phần tính tốn dựa hướng dẫn Tiêu chuẩn: 440.2R-08 Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP System for Strengthening Concrete Structure/ 44.2R Hướng dẫn cho Thiết kế thi cơng vật liệu dính bám ngồi FRP cho tăng cường kết cấu bê tơng +) Phần tính tốn tính tốn sức kháng uốn dầm đảm bảo chịu lực với tải trọng HL93 wdl, wll Hình 1: Chiều dài nhịp, nhịp tính tốn Hình Tham số kết cấu Hình 1: Giản đồ kết cấu mặt cắt ngang dầm Hình Tải trọng mô men cần gia cường dầm + Mô mem uốn trạng thái giới hạn cường độ: M u := 5853.1 kN m + Bề rộng cánh hữu hiệu: b f := 1750 mm + Chiều cao cánh hữu hiệu: h f := 180 mm + Chiều cao mặt cắt ngang: h := 1323 mm + Chiều rộng mặt cắt ngang: b w := 558 mm + Khoảng cách từ cáp dự ứng lực đến đỉnh bản: d p := 1217 mm + Giới hạn chảy thép dự ứng lực: + Giới hạn bền thép dự ứng lực: fpy := 1670 MPa fpu := 1860 MPa + Ứng suất cáp dự ứng lực trước gia cường: fpe := 1021 MPa + Cường độ bê tơng: f'c := 50 MPa II Tính toán: Bước 1: Tham số dùng để thiết kế FRP: + Mơ men tích luỹ trước gia cường: M DL := 1925 kN m + Mô men phát sinh hoạt tải sau gia cường: M LL := 1656 kN m + Mô men kiểm tra ứng suất trước gia cuờng: M s := M DL + M LL M s = 3.581  10  kN m + Mô men kiểm tra ứng suất sau gia cường: M sa := 3700 kN m + Hệ số chiết giảm điều kiện môi trường: C E := 0.95 + Biến dạng cực hạn đứt vật liệu dùng gia cường: ε'fu := 0.015 + Cường độ vật liệu FRP: f'fu := 621 MPa + Mô đun đàn hồi vật liệu gia cuờng: Ef := 37000 MPa + Cường độ thiết kế vật liệu gia cuờng: ffu := CE f'fu ffu = 589.95 MPa + Biến dạng thiết kế vật liệu gia cuờng: ε fu := CE ε'fu ε fu = 0.014 + Giới hạn chảy thép: + Trọng lượng riêng bê tông: fy := 414 MPa kg γc := 2500 m + Số lớp vật liệu dùng FRP: n := + Chiều dày vật liệu FRP: tf := 1.016 mm + Bề rộng vật liệu gia cường: wf := 500 mm Bước 2: Tính tốn sơ bộ: + Mơ đun đàn hồi thép dự ứng lực: Ep := 1.96 10  MPa + Diện tích tao cáp dự ứng lực: a1ps := 98.1 mm + Số tao cáp dự ứng lực: n ps := 32 + Diện tích cáp dự ứng lực: Aps := n ps  a1ps Aps = 3.139  10 mm + Mô đun đàn hồi bê tông: Ec := 4700 f'c MPa Ec = 3.323  10  MPa + Mô đun đàn hồi thép: Es := 200000 MPa + Tỷ số mô đun đàn hồi thép thường bê tông: n s := Es n s = 6.018 Ec + Diện tích mặt cắt ngang vật liệu gia cường: Af := n  tf  wf = 1.016  10 mm + Diện tích mặt cắt nguyên: Acg := b f  hf + b w h - hf ( ) Acg = 9.528  10 mm bf  + Trọng tâm mặt cắt đến thớ dầm: yt := hf ( )  + b w h - h f   h f +  yt = 532.804 mm Acg h - hf    + Mơ mem qn tính mặt cắt ngang:  b  h 3 hf  bw ( h - h f ) h - hf    f f   Ig := + b f  h f   yt + b w ( h - hf )   h - yt  +  12  12    11 Ig = 1.626  10 mm + Bán kính quán tính: r := Ig r = 413.049 mm Acg + Biến dạng thép dự ứng lực lực tồn cáp: ε pe := fpe -3 ε pe = 5.209  10 Ep + Lực cáp dự ứng lực: Pe := Aps  fpe Pe = 3.205  10  kN + Lệch tâm cáp với trọng tâm dầm: eps := dp - yt eps = 684.196 mm Bước 3: Xác định biến dạng tồn trước gia cuờng: + Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện trước gia cường đến đáy dầm: yb := h - yt yb = 790.196 mm + Biến dạng ban đầu thớ dầm: ε bi := -Pe  Ec Acg   1 + eps  yb  r M y  + DL b Ec Ig   -4 ε bi = -1.404  10 Bước 4: Xác định hệ số biến dạng, dính bám vật liệu FRP: + Hệ số biến dạng vật liệu FRP: ε fd := 0.41 f'c mm n  Ef  t f (0.9 εfu) if f'c mm     0.9 ε 0.41 fu  n  Ef  t f   ε fd = 0.011 otherwise Bước 5: Xác định chiều cao vùng nén: + Giả sử chiều cao vùng nén trước, sau điều chỉnh dựa vào phương trình cân lực c1 := 157 mm crenfe := 0.1 h = 132.3 mm Bước 6: Xác định biến dạng vật liệu FRP bê tông chịu nén + Biến dạng vật liệu FRP: ( 0.003 h - c1 ε fe := ) c1 - ε bi if ( 0.003 h - c1 ) c1 - εbi  εfd ε fe = 0.011 ε fd otherwise Bước 7: Xác định biến dạng cốt thép ứng suất trước: + Biến dạng thép dự ứng lực trạng thái giới hạn cường độ uốn với chiều cao vùng nén c1:  d p - c1  ε pnet := ε fe + ε bi    h - c1 ( )  -3 ε pnet = 9.484  10  + Biến dạng thép dự ứng lực gia cường: 2    eps  Pe  eps     ε ps := ε pe +  1+ + ε pnet if ε pe +  1+ + εpnet  0.035       Acg Ec Acg Ec 2 r  r      Pe 0.035 otherwise ε ps = 0.015 Bước 8: Tính tốn ứng suất thép DUL FRP: + Ứng suất thép dự ứng lực: (196500 εps MPa) fps := if ε ps  0.0086 fps = 1.826  10  MPa  1860 - 0.276   MPa otherwise  ε ps - 0.007    + Ứng suất vật liệu gia cuờng: ffe := Ef  ε fe ffe = 391.208 MPa Bước 9: Xác định lại chiều cao chịu nén c: + Biến dạng bê tông vùng chịu nén: c1 ε c := εfe + ε bi  h - c1 ( ) ε c = 1.405  10 -3 + Ứng biến bê tông tương ứng với cường độ thiết kế bê tông: 1.7 f'c -3 ε'c := ε'c = 2.558  10 Ec + Hệ số quy đổi hình khối ứng suất với cấp biến dạng bê tông: 4 ε'c - ε c β1 :=  ε'c - 2 ε c β1 = 0.704 + Hệ số hình khối ứng suất chuyển đổi hình chữ nhật: α1 :=  ε'c ε c - ε c 3 β1  ε'c α1 = 0.637 Bước 10: Kiểm tra chiều cao vùng nén bê tông: + Chiều cao nén hình tam giác: c2 := (Aps fps + Af  ffe) c2 = 156.114 mm α1  f'c β1  bf c1 = 157 mm Bước 11: Kiểm tra chiều cao chịu nén hợp lý: c := c1 if c1 - c2  100 c1 3 c = 157 mm "Not OK" otherwise Bước 12: Tính tốn sức kháng uốn thành phần + Hệ số chiết giảm biến dạng giới hạn vật liệu FRP: ψ := 0.85 + Sức kháng thép dự ứng lực: c M np := Aps  fps   d p - β1   = 6.659  10  kN m 2  + Sức kháng FRP: c M nf := ψ Af  ffe  h - β1   = 428.301  kN m 2  Bước 13: Tính tốn sức kháng uốn: + Hệ số sức kháng uốn: ϕ := 0.9 + Sức kháng uốn danh định: c c M n := Aps  fps   d p - β1   + ψ Af  ffe  h - β1   2 2   + Sức kháng uốn tính tốn: M r := ϕ M n M n = 7.087  10  kN m M r = 6.378  10  kN m M u = 5.853  10  kN m SK_Uon := "OK" if M r  M u SK_Uon = "OK" "Not OK" otherwise Bước 14: Kiểm tra điều kiện sử dụng mặt cắt: + Tính tốn mơ men nứt so sánh với mô men trạng thái giới hạn sử dụng: + Cường độ bê tông chịu kéo: + Mô men nứt: ( fr := 0.62 f'c MPa ) Ig  r  M cr := fr + Pe eps +  yb yb    0.5 fr = 4.384 MPa M cr = 3.787  10  kN m KT_Nut := "OK" if M cr  M sa M sa = 3.7  10  kN m "Not OK" otherwise KT_Nut = "OK" Bước 15: Tính tốn ứng suất thép dự ứng lực: + Biến dạng thép dự ứng lực trạng thái giới hạn sử dụng:  eps  M sa eps  ε ps_s := ε pe +  1+ + Acg Ec  Ec Ig  r   Pe -3 ε ps_s = 6.057  10 + Ứng suất thép dự ứng lực: fps_s := ( 196500 εps_s MPa) if ε ps_s  0.0086 fps_s = 1.19  10  MPa 0.276  1860   MPa otherwise  ε ps_s - 0.007    US_PS := "OK" if fps_s  0.82 fpy  fps_s  0.74 fpu 0.74 fpu = 1.376  10  MPa "Not OK" otherwise 0.82 fpy = 1.369  10  MPa US_PS = "OK" Bước 16: Kiểm tra ứng suất bê tông trạng thái giới hạn sử dụng: + Biến dạng bê tơng thớ chịu nén ngồi cùng:  eps  M sa yt  ε c_s :=  1+ Acg Ec  Ec Ig  r   -Pe + Ứng suất bê tông: -4 ε c_s = -7.439  10 Ec = 3.323  10  MPa fc_s := Ec ε c_s fc_s = 24.721 MPa US_BT := "OK" if fc_s  0.60 f'c 0.6 f'c = 30 MPa "Not OK" otherwise US_BT = "OK" Bước 17: Kiểm tra ứng suất FRP trạng thái giới hạn sử dụng: + Ứng suất vật liệu gia cường: Ef M sa yb ff_s :=  - ε bi Ef Ec Ig US_FRP := "OK" if ff_s  0.55 ffu ff_s = 25.219 MPa US_FRP = "OK" "Not OK" otherwise III Kết luận: + Gia cường lớp FRP vào đáy dầm; Sức kháng uốn đảm bảo chịu lực + Ứng suất bê tông FRP nằm giới hạn cho phép ... Phân tích hiệu kinh tế biện pháp tăng cường dầm cầu bê tông dự ứng lực địa bàn tỉnh Trà Vinh So sánh hiệu kinh tế biện pháp gia cường căng cáp dự ứng lực gia cường vật liệu composite, khả ứng dụng... QUAN CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU DẦM ĐƠN GIẢN BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CẦU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 1.1.1 Cầu bê tông dự ứng lực giới 1.1.2 Cầu bê tông dự ứng lực. .. - LÊ TRUNG TÍN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: