(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu ứng xử cơ học kết cấu mặt cầu bê tông cốt thép dạng bản trên dầm chịu tác dụng tĩnh của tải trọng xe
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.25 MB, 190 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
NGUYỄN ĐỨC HIẾU
NGHİÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ HỌC KẾT CẤU MẶT
CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DẠNG BẢN TRÊN DẦM
CHỊU TÁC DỤNG TĨNH CỦA TẢİ TRỌNG XE
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội - 2022
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
NGUYỄN ĐỨC HIẾU
NGHİÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ HỌC KẾT CẤU MẶT
CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DẠNG BẢN TRÊN DẦM
CHỊU TÁC DỤNG TĨNH CỦA TẢİ TRỌNG XE
Ngành
: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Chun ngành
: Xây dựng cầu hầm
Mã số
: 9580205
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. TRẦN THẾ TRUYỀN
Hà Nội - 2022
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tơi.
Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được cơng bố trong các
cơng trình khác.
Hà Nội, ngày
tháng năm 2022
Tác giả
Nguyễn Đức Hiếu
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Trần Thế
Truyền. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn đã chỉ dẫn tận tình và đã đóng
góp các ý kiến q báu để giúp tôi thực hiện luận án này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn GS.TS Trần Đức Nhiệm, TS. Ngô Châu Phương
đã đóng góp các ý kiến q báu cho luận án.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Giao Thơng Vận
tải, Ban Giám đốc Phân hiệu, Phịng Đào tạo Sau đại học, bộ môn Cầu Hầm, bộ
môn Sức bền vật liệu, bộ môn Vật liệu xây dựng, Trung tâm khoa học Cơng nghệ
Giao thơng Vận tải, Phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng đã tạo điều kiện thuận lợi
cho tơi trong q trình học tập nghiên cứu.
Tơi cũng xin trân trọng cám ơn Viện khoa học công nghệ xây dựng đã hỗ trợ
tơi trong q trình thực nghiệm.
Cuối cùng tôi bày tỏ cảm ơn các đồng nghiệp, gia đình người thân đã giúp đỡ
tơi trong q trình học tập, nghiên cứu.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2022
Tác giả
Nguyễn Đức Hiếu
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. xiii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU.................................................... xiv
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NỨT BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
VÀ VẤN ĐỀ XE QUÁ TẢI Ở VIỆT NAM ............................................................. 5
1.1. Kết cấu mặt cầu bê tông cốt thép dạng bản trên dầm .......................................... 5
1.2. Tình trạng hư hỏng kết cấu bản mặt cầu dạng bản trên dầm do ảnh hưởng của
tải trọng xe ......................................................................................................... 10
1.2.1. Cầu Nam Đồng Bà Thìn trên Quốc lộ 1 tỉnh Khánh Hịa........................... 10
1.2.2. Cầu Bà Triên trên Quốc lộ 1 tỉnh Khánh Hòa ............................................ 11
1.2.3. Cầu Bà Bếp trên đường Tỉnh lộ 8 huyện Củ Chi........................................ 12
1.2.4. Nhận xét ...................................................................................................... 12
1.3. Nứt kết cấu bê tông cốt thép do tải trọng ........................................................... 13
1.3.1. Tổng quan về các nguyên nhân gây nứt bê tông ........................................ 13
1.3.2. Nguyên nhân gây nứt kết cấu bê tông cốt thép do vượt tải ........................ 13
1.3.3. Nguyên nhân gây nứt kết cấu bê tông cốt thép do mỏi .............................. 16
1.3.4. Tính tốn độ mở rộng vết nứt ..................................................................... 17
1.3.5. Độ mở rộng vết nứt cho phép ..................................................................... 19
1.4. Xe tải trên cầu .................................................................................................... 20
1.4.1. Xe tải thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam ................................ 21
1.4.2. Xe hợp pháp trong đánh giá tải trọng khai thác cầu ................................... 24
1.4.3. Tình trạng xe quá tải ở Việt Nam ............................................................... 26
1.5. Tình hình nghiên cứu về nứt bản mặt cầu bê tông cốt thép do tải trọng xe trên
thế giới và ở Việt Nam....................................................................................... 30
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 30
1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................... 33
1.6. Kết luận Chương 1 ............................................................................................. 35
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG
CỐT THÉP CHỊU TÁC DỤNG TĨNH CỦA TẢİ TRỌNG XE ......................... 36
2.1. Các mơ hình ứng xử của bê tơng và cốt thép ..................................................... 36
2.1.1. Các mơ hình ứng xử của vật liệu bê tông ................................................... 36
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
iv
2.1.2. Các mơ hình ứng xử của cốt thép ............................................................... 40
2.1.3. Mô phỏng tương tác giữa bê tông và cốt thép ............................................ 41
2.2. Lý thuyết phá huỷ dịn........................................................................................ 44
2.2.1. Lí thuyết phá huỷ dịn bê tơng .................................................................... 44
2.2.2. Mơ hình phá huỷ dịn bê tơng điển hình ..................................................... 45
2.3. Lý thuyết phá hủy và rạn nứt bê tông, ứng dụng trong phân tích cơ chế phá hoại
của kết cấu bê tông cốt thép ............................................................................... 47
2.3.1. Ứng xử của bê tông khi bị phá hủy và rạn nứt ........................................... 47
2.3.2. Ứng xử của bê tơng theo các mơ hình rạn nứt ............................................ 47
2.4. Áp dụng phương pháp số trong cơ học phá hủy ................................................ 58
2.4.1. Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method-FEM).................. 58
2.4.2. Phương pháp phần tử hữu hạn mở rộng (Extended Finite Method-XFEM)59
2.4.3. Phương pháp phần tử biên (Boundary Element Method-BEM) ................. 60
2.4.4. Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với phương pháp phần tử biên có
hiệu chỉnh (Scale Boundary Finite Element Method-SBFEM) ................................ 61
2.4.5. Phương pháp không lưới............................................................................. 62
2.5. Kết luận Chương 2 ............................................................................................. 63
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH
CHẤT CƠ HỌC, ĐẶC TÍNH PHÁ HỦY CỦA BÊ TƠNG VÀ ỨNG XỬ CƠ
HỌC CỦA BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP ......................................... 64
3.1. Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu ........................................... 64
3.1.1. Công tác bê tông ......................................................................................... 64
3.1.2. Cường độ chịu nén ...................................................................................... 65
3.1.3. Cường độ chịu kéo ...................................................................................... 66
3.1.4. Thí nghiệm xác định các đặc trưng nứt của vật liệu ................................... 67
3.2. Thí nghiệm kết cấu dầm T dưới tác dụng của tải trọng tĩnh - Thí nghiệm 1 ..... 73
3.2.1. Gia cơng cốt thép và ván khuôn ................................................................. 74
3.2.2. Đúc mẫu và bảo dưỡng ............................................................................... 74
3.2.3. Bố trí thí nghiệm ......................................................................................... 75
3.2.4. Kết quả thí nghiệm ...................................................................................... 76
3.3. Thí nghiệm kết cấu dầm T bị hư hỏng nặng được sửa chữa bằng dán vải sợi
FRP dưới tác dụng của tải trọng tĩnh - Thí nghiệm 3 ........................................ 80
3.3.1. Dán vải sợi FRP tăng cường ....................................................................... 80
3.3.2. Bố trí thí nghiệm ......................................................................................... 82
3.3.3. Kết quả thí nghiệm ...................................................................................... 82
3.4. Thí nghiệm bản kê 2 cạnh dưới tác dụng của tải trọng tĩnh - Thí nghiệm 3 ...... 86
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
v
3.4.1. Gia công cốt thép và ván khuôn ................................................................. 86
3.4.2. Lắp đặt các thiết bị đo ................................................................................. 87
3.4.3. Đúc mẫu và bảo dưỡng ............................................................................... 88
3.4.4. Bố trí thí nghiệm ......................................................................................... 88
3.4.5. Kết quả đo độ võng ..................................................................................... 91
3.4.6. Kết quả đo độ mở rộng vết nứt ................................................................... 94
3.5. Kết luận Chương 3 ............................................................................................. 95
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ ỨNG XỬ CỦA BẢN MẶT
CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỔ TẠI CHỖ DO TẢI TRỌNG TẬP TRUNG 97
4.1. Mơ hình phần tử trong tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép ................................. 97
4.1.1. Mơ hình phần tử trong ANSYS .................................................................. 97
4.1.2. Mơ hình phần tử trong Midas FEA ............................................................. 98
4.2. Đánh giá kết quả mô phỏng số ........................................................................... 99
4.2.1. So sánh kết quả mơ phỏng với kết quả giải tích ....................................... 105
4.2.2. So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thí nghiệm ứng xử nứt phi tuyến .. 99
4.3. Phân tích kết cấu nhịp dầm T chịu tác dụng tĩnh của xe tải nặng .................... 105
4.3.1. Mơ hình phân tích ..................................................................................... 106
4.3.2. Kết quả phân tích kết cấu nhịp chịu tác dụng tĩnh của xe ........................ 110
4.3.3. Kết luận ..................................................................................................... 117
4.4. Xác định sơ đồ dải bản mặt cầu tương đương khi chịu tải trọng của xe tải nặng . 117
4.4.1. Đặt vấn đề ................................................................................................. 117
4.4.2. Sơ đồ dải bản khảo sát .............................................................................. 118
4.4.3. Kết quả phân tích tuyến tính ..................................................................... 120
4.4.4. Kết quả phân tích phi tuyến ...................................................................... 122
4.4.5. Kết luận và kiến nghị ................................................................................ 124
4.5. Ứng xử cơ học của bản mặt cầu BTCT của kết cấu nhịp dầm I BTCT DƯL chịu
tác dụng tĩnh của tải trọng xe ........................................................................... 124
4.5.1. Mơ hình phân tích ..................................................................................... 124
4.5.2. Kết quả tính tốn ....................................................................................... 126
4.6. Nghiên cứu tham số ảnh hưởng đến ứng xử cơ học của bản mặt cầu BTCT dạng
bản trên dầm chịu tác dụng tĩnh của tải trọng xe ............................................. 129
4.6.1. Sơ đồ tính bản mặt cầu ............................................................................. 129
4.6.2. Khảo sát tham số vật liệu .......................................................................... 132
4.6.3. Khảo sát tham số chiều dày bản ............................................................... 133
4.6.4. Khảo sát tham số cấu tạo cốt thép ............................................................ 135
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
vi
4.6.5. Đề xuất giải pháp cấu tạo BMC BTCT dạng bản trên dầm chịu tác dụng
của xe tải nặng ......................................................................................................... 137
4.7. Kết luận Chương 4 ........................................................................................... 139
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO................................... 143
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................... 1
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 2
PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TỐN .......................................... 10
PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH NỨT DẢI BẢN MẶT CẦU BÊ
TÔNG CỐT THÉP (CODE CHẠY TRÊN ANSYS APDL) ............................... 26
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Các loại kết cấu cầu được sử dụng tại Mỹ. ................................................5
Hình 1. 2: Tỷ lệ phần trăm nhịp của cầu nhiều dầm đỡ ở bang Wisconsin, Mỹ.........6
Hình 1. 3: Tỷ lệ phần trăm khoảng cách dầm của cầu nhiều dầm đỡ ở bang
Wisconsin, Mỹ. ........................................................................................6
Hình 1. 4: Bố trí chung cấu tạo cốt thép trong bản mặt cầu dạng bản trên dầm. ........8
Hình 1. 5: Cấu tạo cốt thép BMC của kết cấu nhịp dầm I BTCT DƯL. ....................8
Hình 1. 6: Cấu tạo cốt thép BMC của kết nhịp dầm T ngược BTCT DƯL. ...............8
Hình 1. 7: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp có bản mặt cầu dạng bản trên dầm. ..................... 9
Hình 1. 8: Hiện trạng vết nứt đáy bản mặt cầu tại cầu Nam Đồng Bà Thìn nằm
trên QL1 huyện Cam Lâm, tỉnh Khánh Hịa. ........................................10
Hình 1. 9: Vị trí các vết nứt đáy bản mặt cầu - Cầu Bà Triên Km 1482+474 QL1. .11
Hình 1. 10: Các vết nứt đáy bản mặt cầu - Cầu Bà Triên Km 1482+474 QL1. .......11
Hình 1. 11: Tình trạng nứt ở đáy bản mặt cầu Bà Bếp trước khi sửa chữa. .............12
Hình 1. 12: Các ngun nhân chính gây nứt bê tơng. ...............................................13
Hình 1. 13: Các giai đoạn làm việc của cấu kiện BTCT chịu uốn. ...........................14
Hình 1. 14: Hiệu ứng vịm trong bản mặt cầu bê tơng ..............................................15
Hình 1. 15: Vịng đai kéo xung quanh trường nén. ...................................................15
Hình 1. 16: Đường cong phát triển vết nứt phù hợp với đường cong tuổi thọ mỏi. ......17
Hình 1. 17: Sự phân bố ứng suất và biến dạng dọc theo thanh thép sau khi hình
thành vết nứt đầu tiên (a) và giữa hai vết nứt (b). .................................18
Hình 1. 18: Xe tải H10, H13, H18. ...........................................................................21
Hình 1. 19: Đồn xe H10, H13, H18 theo phương ngang cầu. .................................22
Hình 1. 20: Đoàn xe H10, H13, H18 theo phương dọc cầu. .....................................22
Hình 1. 21: Xe tải H30. .............................................................................................22
Hình 1. 22: Đồn xe H30 theo phương ngang cầu. ...................................................22
Hình 1. 23: Đồn xe H30 theo phương dọc cầu. .......................................................22
Hình 1. 24: Xe XB80. ...............................................................................................23
Hình 1. 25: Xe X60. ..................................................................................................23
Hình 1. 26: Xe tải thiết kế. ........................................................................................24
Hình 1. 27: Xe 2 trục thiết kế. ...................................................................................24
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
viii
Hình 1. 28: Tải trọng làn thiết kế. .............................................................................24
Hình 1. 29: Xe [3]. ....................................................................................................25
Hình 1. 30: Xe [3-S2]. ...............................................................................................25
Hình 1. 31: Xe [3-3]. .................................................................................................25
Hình 1. 32: Biểu đồ thống kê % xe quá tải qua trạm cân Dầu Giây. ........................27
Hình 1. 33: Phân bố tổng tải trọng xe tải. .................................................................28
Hình 1. 34: Phân bố tổng trọng lượng xe quá tải. .....................................................28
Hình 1. 35: Phân bố tổng tải trọng xe quá tải 2 trục. ................................................28
Hình 1. 36: Phân bố tải trọng trục 1 các xe quá tải 2 trục. ........................................29
Hình 1. 37: Phân bố tải trọng trục 2 xe hai trục quá tải. ...........................................29
Hình 1. 38: Đồ thị xác suất tổng tải trọng các xe quá tải 3 trục. ...............................29
Hình 1. 39: Mật độ phân bố tải trọng các trục xe 3 trục quá tải. ..............................30
Hình 1. 40: Mật độ phân bố tổng tải xe quá tải 4, 5, 6 trục. .....................................30
Hình 1. 41: Mơ hình thu nhỏ dưới tác dụng của tải trọng tập trung. ........................31
Hình 1. 42: Phân bố nứt ở đáy bản mặt cầu ..............................................................31
Hình 1. 43: Đo độ mở rộng vết nứt mặt cầu khi chịu tải trọng tĩnh. .........................32
Hình 1. 44: Bố trí thí nghiệm xác định ứng xử bản mặt cầu với tỷ lệ thực dưới tác
dụng của tải trọng xe. ............................................................................ 33
Hình 2. 1: Luật ứng xử đàn hồi của bê tơng..............................................................36
Hình 2. 2: Trường ứng suất đầu vết nứt theo LEFM. ...............................................37
Hình 2. 3: Tiêu chuẩn phá huỷ được biểu diễn trong các mặt phẳng khác nhau. .....37
Hình 2. 4: Luật ứng xử hỗn hợp đàn hồi - dịn - dẻo. ...............................................39
Hình 2. 5: Quan hệ ứng suất biến dạng khái quát hóa của thép. ...............................40
Hình 2. 6: Mơ hình đàn hồi - dẻo có củng cố............................................................41
Hình 2. 7: Biểu diễn sự có mặt của cốt thép trong bê tơng. ......................................41
Hình 2. 8: Dạng tương tác giữa cốt thép với bê tơng. ...............................................43
Hình 2. 9: Sự phá huỷ của các thớ bê tông khi kéo và khi nén và mơ hình hố theo
lý thuyết cơ học phá huỷ dịn. ...............................................................44
Hình 2. 10: Mặt phá huỷ Mazars trong không gian ứng suất (a) và trong không gian
biến dạng (b) ..........................................................................................46
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
ix
Hình 2. 11: Ứng xử khi kéo (a), khi nén (b) của bê tông và các biến phá huỷ tương
ứng (c) theo Mazars (1984). ..................................................................46
Hình 2. 12: Các giai đoạn ứng xử của bê tông dưới tác động của tải trọng..............47
Hình 2. 13: Vùng phát triển nứt FPZ đầu đường nứt. ...............................................49
Hình 2. 14: Biểu diễn năng lượng nứt tồn phần GF. ................................................51
Hình 2. 15: Biểu diễn vùng phát triển nứt FPZ của mơ hình nứt khơng liên tục. .....51
Hình 2. 16: Biểu diễn dạng song tuyến tính của hàm = (w)................................52
Hình 2. 17: Biểu diễn vùng phát triển nứt trong các mơ hình nứt phân tán..............52
Hình 2. 18: Trạng thái ứng xử của vật liệu tại vùng nứt. ..........................................53
Hình 2. 19: Biểu diễn năng lượng nứt đơn vị GF/h. ..................................................54
Hình 2. 20: Thay đổi cường độ chịu uốn (a) và chịu nén (b) của bê tơng theo kích
thước mẫu thí nghiệm. ...........................................................................56
Hình 2. 21: Phân bố trường ứng suất trong vùng FPZ xung quanh đường nứt theo
Bazant (1984). .......................................................................................56
Hình 2. 22: Luật hiệu ứng kích thước theo Bazant (1984). ......................................57
Hình 2. 23: Mơ hình phần tử khối kết cấu nhịp tính theo phương pháp PTHH. ......59
Hình 2. 24: Sự lựa chọn nút làm giàu. ......................................................................60
Hình 2. 25: Minh họa phương pháp phần tử biên. ....................................................61
Hình 2. 26: Minh họa phương pháp phần tử biên có hiệu chỉnh. ............................. 62
Hình 3. 1: Chế tạo bê tơng tại trạm trộn. ...................................................................65
Hình 3. 2: Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tơng. .............................66
Hình 3. 3: Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của bê tơng. .............................66
Hình 3. 4: Hình dạng và kích thước các mẫu thí nghiệm có vết nứt ban đầu. ..........68
Hình 3. 5: Thí nghiệm uốn 3 điểm mẫu dầm có vết nứt mồi. ...................................69
Hình 3. 6: Đường hồi quy tuyến tính của bê tơng. ....................................................71
Hình 3. 7: Đường hồi quy tuyến tính của Bazant & al (1987) nêu trong khuyến cáo
của RILEM (1991). ...............................................................................71
Hình 3. 8: Cấu tạo chi tiết cốt thép các mẫu kết cấu. ................................................74
Hình 3. 9: Gia cơng và lắp dựng cốt thép, ván khn. ..............................................74
Hình 3. 10: Kiểm tra độ sụt bê tông trước khi tiến hành đúc các mẫu. ....................74
Hình 3. 11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm cho kết cấu dầm T - Thí nghiệm 1. ..................76
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
x
Hình 3. 12: Bố trí thí nghiệm kết cấu dầm T - Thí nghiệm 1. ..................................75
Hình 3. 13: Phát triển độ rộng vết nứt ở đáy bản theo tải trọng................................76
Hình 3. 14: Phân bố nứt tại đáy bản - Thí nghiệm 1. ................................................77
Hình 3. 15: Phân bố nứt và độ rộng vết nứt ở các mặt bên. ......................................78
Hình 3. 16: Sơ đồ bố trí điểm đo võng - Thí nghiệm 1. ............................................78
Hình 3. 17: Kết quả đo võng - Thí nghiệm 1. ...........................................................79
Hình 3. 18: Độ võng tại đáy bản trên đường tim dọc ứng với các cấp tải trọng. ......79
Hình 3. 19: Quá trình sửa chữa kết cấu dầm T đã bị hư hỏng. .................................81
Hình 3. 20: Giải pháp sửa chữa kết cấu dầm T đã bị hư hỏng. .................................81
Hình 3. 21: Bố trí thí nghiệm kết cấu dầm T sau sửa chữa. ......................................82
Hình 3. 22: Dạng phá hoại chọc thủng ở thí nghiệm 2. ............................................83
Hình 3. 23: Phân bố nứt và độ rộng vết nứt ở các mặt bên - Thí nghiệm 2. .............84
Hình 3. 24: Kết quả đo võng kết cấu dầm T sau sửa chữa - Thí nghiệm 2. ..............84
Hình 3. 25: Độ võng tại đáy bản trên đường tim dọc ứng với các cấp tải trọng sau
sửa chữa. ................................................................................................85
Hình 3. 26: So sánh độ võng tại đáy bản trên đường tim dọc giữa kết cấu ban đầu và
sau khi sửa chữa ứng với cùng các cấp tải trọng. ..................................85
Hình 3. 27: So sánh độ võng tại đáy bản trên đường tim dọc ban đầu và sau khi sửa
chữa ứng với tải trọng phá hoại. ............................................................86
Hình 3. 28: Cấu tạo chi tiết cốt thép các mẫu kết cấu - Thí nghiệm 3. .....................87
Hình 3. 29: Gia cơng và lắp dựng cốt thép, ván khn - Thí nghiệm 3. ...................87
Hình 3. 30: Lắp đặt các thiết bị đo biến dạng - Thí nghiệm 3. .................................88
Hình 3. 31: Đúc các mẫu thí nghiệm - Thí nghiệm 3................................................88
Hình 3. 32: Sơ đồ bố trí thí nghiệm - Thí nghiệm 3..................................................89
Hình 3. 33: Sơ đồ đo võng và độ mở rộng vết nứt - Thí nghiệm 3. ..........................90
Hình 3. 34: Tiến hành thí nghiệm bản mặt cầu BTCT - Thí nghiệm 3. ....................90
Hình 3. 35: Kết quả đo độ võng thí nghiệm bản kê 2 cạnh. ......................................92
Hình 3. 36: Các vết nứt lớn tại đáy bản - Thí nghiệm 3. ..........................................93
Hình 3. 37: Phân bố các vết nứt tại đáy bản sau khi kết thúc thí nghiệm 3. .............93
Hình 3. 38: Kết quả đo độ mở rộng vết nứt - Thí nghiệm 3 ..................................... 94
Hình 4. 1: Mơ hình phần tử SOLID65 - Mơ hình phần tử bê tơng. ..........................97
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
xi
Hình 4. 2: Mơ hình phần tử LINK180 - Mơ hình phần tử thép. ...............................98
Hình 4. 3: Mơ hình vết nứt [63]. ...............................................................................99
Hình 4. 4: Mơ hình của bê tơng [63]. ........................................................................99
Hình 4. 6: Mơ hình 3D và kết quả phân tích nứt kết cấu dầm T. ............................101
Hình 4. 7: Mơ hình 3D thí nghiệm bản kê 2 cạnh trong ANSYS. ..........................101
Hình 4. 8: So sánh độ võng tại giữa bản (V3) giữa các kết quả mô phỏng số và thí
nghiệm. .................................................................................................102
Hình 4. 9: So sánh phân bố nứt giữa kết quả mơ phỏng số bằng ANSYS với kết quả
thí nghiệm mơ hình kết cấu dầm T. .....................................................102
Hình 4. 10: So sánh phân bố nứt giữa kết quả mô phỏng số bằng MIDAS FEA với
kết quả thí nghiệm mơ hình kết cấu dầm T. ........................................103
Hình 4. 11: So sánh phân bố nứt giữa kết quả mô phỏng số bằng ANSYS với kết
quả thí nghiệm mơ hình bản kê 2 cạnh. ...............................................104
Hình 4. 5: Kết quả tính tốn tấm bản bằng phần mềm ANSYS và MIDAS FEA ..106
Hình 4. 12: Cấu tạo chi tiết cốt thép kết cấu nhịp BTCT. .......................................106
Hình 4. 13: Mơ hình 3D kết cấu nhịp chịu tác dụng của xe tải nặng 3 trục. ..........107
Hình 4. 14: Sơ đồ xếp xe bất lợi trên cầu. ...............................................................108
Hình 4. 15: Mơ hình chia lưới theo phương pháp phần tử hữu hạn. .......................110
Hình 4. 16: Kết quả tính độ võng kết cấu nhịp ứng với tải trọng trục 50 tấn. ........111
Hình 4. 17: Độ võng kết cấu nhịp theo các cấp tải trọng trục xe. ...........................111
Hình 4. 18: Số gia độ võng kết cấu nhịp theo cấp tải trọng trục xe. .......................112
Hình 4. 19: Hệ số phân bố ngang theo cấp tải trọng trục xe. ..................................113
Hình 4. 20: Phân bố ứng suất đáy bản mặt cầu với tải trọng trục 25 tấn. ...............115
Hình 4. 21: So sánh kết quả phân tích tuyến tính và phi tuyến. ..............................116
Hình 4. 22: Phân bố ứng suất đáy bản mặt cầu với các cấp tải trọng trục. .............117
Hình 4. 23: Sơ đồ xếp xe theo phương ngang cầu và mơ hình dải bản tương đương. .119
Hình 4. 24: Mơ hình dải bản chịu tác dụng của tải trọng bánh xe. .........................120
Hình 4. 25: Kết quả phân tích tuyến tính dải bản khẩu độ 1,375 m biên ngàm, tải
trọng bánh xe của trục 25 tấn. .............................................................120
Hình 4. 26: Phân bố ứng suất pháp ở đáy bản - Sơ đồ 2 - Phân tích tuyến tính .....121
Hình 4. 27: Phân bố ứng suất tại đáy bản - Phân tích tuyến tính. ...........................121
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
xii
Hình 4. 28: So sánh kết quả phân tích tuyến tính và phi tuyến về phân bố ứng suất
pháp ở đáy bản - Sơ đồ 2. ....................................................................122
Hình 4. 29: Kết quả phân tích phi tuyến - Sơ đồ 2 - tải trọng bánh xe trục 25 tấn. 123
Hình 4. 30: Quan hệ tải trọng trục và ứng suất trong cốt thép - Phân tích phi tuyến. ..123
Hình 4. 31: Chia lưới phần tử trong bản mặt cầu BTCT dầm I - Loại 3. ...............125
Hình 4. 32: Độ võng lớn nhất của bản mặt cầu theo các cấp tải. ............................126
Hình 4. 33: Số gia độ võng sau mỗi cấp tải của các mẫu bản. ................................127
Hình 4. 34: Độ mở rộng vết nứt ứng với các cấp tải trọng. ....................................127
Hình 4. 35: Ứng suất cốt thép bản mặt cầu dầm I - loại 3 theo các cấp tải trọng trục. 128
Hình 4. 36: Sơ đồ tính bản mặt cầu. ........................................................................130
Hình 4. 37: Các ứng xử cơ học của BMC BTCT theo các cấp cường độ BT .........133
Hình 4. 38: Các ứng xử cơ học của BMC BTCT theo chiều dày bản. ...................134
Hình 4. 39: Kết quả tính tốn phân bố nứt của các mẫu đề xuất dưới tác dụng của
bánh xe trục 25 tấn. .............................................................................138
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
xiii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Cấu tạo bản mặt cầu BTCT của kết cấu nhịp dầm I BTCT DƯL nhịp
giản đơn. ....................................................................................................7
Bảng 1. 2: Bề rộng vết nứt cho phép theo ACI 318-05. ...........................................20
Bảng 1. 2: Bề rộng vết nứt cho phép theo Tiêu chuẩn kỹ thuật kết cấu bê tông –
Phần Thiết kế của Nhật Bản (2007)......................................................... 21
Bảng 3. 1: Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm. .................................................................64
Bảng 3. 2: Thành phần cấp phối của bê tông. ...........................................................65
Bảng 3. 3: Cường độ chịu nén của bê tông. ..............................................................66
Bảng 3. 4: Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo. ....................................67
Bảng 3. 5: Kích thước mẫu có vết nứt mồi ban đầu..................................................69
Bảng 3. 6: Tải trọng phá hoại mẫu. ...........................................................................69
Bảng 3. 7: Các giá trị Xij của đường hồi quy.............................................................70
Bảng 3. 8: Các giá trị Yij của đường hồi quy. ...........................................................70
Bảng 3. 9: Kết quả tính KC và GC. ............................................................................. 73
Bảng 4. 2: Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của thép. ......................100
Bảng 4. 3: Các chỉ tiêu cơ lý của thép. ....................................................................100
Bảng 4. 4: Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông. ...............................................................100
Bảng 4. 1: Kết quả tính tại trong tâm tấm bản. .......................................................105
Bảng 4. 5: Tính chất cơ lý của bê tơng. ..................................................................109
Bảng 4. 6: Kết quả tính tốn bề rộng vết nứt bản mặt cầu. .....................................111
Bảng 4. 7: Kết quả tính toán ứng suất trong cốt thép bản mặt cầu. ........................113
Bảng 4. 8: Ứng suất pháp theo phương ngang tại đáy bản. ....................................122
Bảng 4. 9: Đánh giá sai số của mô hình dải bản khi phân tích phi tuyến. ..............123
Bảng 4. 10: Thông số cấu tạo bản mặt cầu dầm I BTCT DƯL điển hình. .............125
Bảng 4. 11: Đặc trưng cơ lý của bê tông theo cấp cường độ chịu nén. ..................131
Bảng 4. 12: Đặc trưng cơ lý của cốt thép. ...............................................................131
Bảng 4. 13: Chi tiết cốt thép ngang các mẫu khảo sát cấu tạo cốt thép. .................135
Bảng 4. 14: Tổng hợp kết quả khảo sát ứng xử cơ học của BMC BTCT theo
chiều dày bản .........................................................................................135
Bảng 4. 15: Đề xuất cấu tạo BMC BTCT chịu tác dụng xe tải nặng. .....................137
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
xiv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
BMC
Bản mặt cầu
BT
Bê tông
BTCT
Bê tông cốt thép
DƯL
Dự ứng lực
f’c
Cường độ chịu nén của bê tông
fr
Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông
ft
Cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông
GC
Độ bền nứt giới hạn
Gf
Năng lượng nứt ban đầu
GF
Năng lượng nứt toàn phần
KC
Hệ số cường độ ứng suất giới hạn
KCN
Kết cấu nhịp
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Giải pháp bản mặt cầu (BMC) bằng bê tông cốt thép (BTCT) dạng bản trên
dầm được sử dụng phổ biến trong các cơng trình cầu [13]. Đây là bộ phận đóng vai
trị quan trọng của kết cấu nhịp. BMC tham gia chịu lực tổng thể chịu lực cùng với
dầm đỡ/sườn dầm, chịu lực cục bộ do tải trọng bánh xe, cùng với dầm ngang phân
phối hoạt tải theo phương ngang cầu, và che chắn bảo vệ kết cấu bên dưới. Các
dạng hư hỏng chủ yếu của bản mặt cầu thường gặp như nứt, vỡ, bong tróc bê tơng,
mài mịn [24]. Nứt bản mặt cầu dẫn đến nước và các chất ăn mòn thấm nhập vào bê
tơng, ăn mịn, gỉ cốt thép, gây bong tróc lớp bê tông, nước thấm qua khe nước
xuống các dầm đỡ, gây mất mĩ quan cơng trình. Nếu khơng được khắc phục kịp
thời, các vết nứt mở rộng, lan truyền, cốt thép bị gỉ, ăn mòn làm suy giảm khả năng
chịu lực. Cuối cùng dẫn đến suy giảm khả năng chịu lực, giảm khả năng khai thác,
suy giảm tuổi thọ, xuống cấp cơng trình. Do đó, chất lượng của bản mặt cầu ảnh
hưởng rất lớn đến cơng trình cầu.
Ở Việt Nam, tình trạng xe quá tải của các phương tiện giao thông tương đối
phổ biến. Nguyên nhân của sự quá tải do q trình cơng nghiệp hóa diễn ra nhanh
chóng mà hạ tầng giao thơng chưa đáp ứng kịp, có nhiều cầu cũ chưa được sửa
chữa, tăng cường, ý thức chấp hành luật lệ giao thông chưa cao, do nhu cầu vận
chuyển một số loại máy móc, thiết bị đặc biệt. Do các yếu tố bất lợi về môi trường
nhiệt đới nóng ẩm và điều kiện khai thác quá tải nên hiện tượng hư hỏng của bản
mặt cầu bê tông ở Việt Nam xảy ra tương đối phổ biến. Chi phí cho cơng tác duy tu
bảo dưỡng, sửa chữa bản mặt cầu nói riêng và hệ thống cầu đường nói chung khá
tốn kém [18].
Về thiết kế kháng nứt mặt cầu BTCT do tải trọng, tiêu chuẩn AASHTO LRFD
cũng như TCVN 11823:2017 chỉ quy định về khoảng cách cốt thép, còn 22TCN
272-05 chỉ tính duyệt giới hạn ứng suất trong cốt thép chủ theo trạng thái giới hạn
sử dụng (sử dụng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn để tính duyệt). Các tiêu chuẩn thiết kế
này khơng xét tới sự hình thành, lan truyền và mở rộng vết nứt theo lý thuyết cơ học
phá hủy và rạn nứt bê tông. Mặt khác, trong công tác thiết kế bản mặt cầu BTCT
của một số đơn vị tư vấn còn nhiều tồn tại như chưa xác định sơ đồ dải bản tương
đương rõ ràng, các giả thiết đơn giản hóa bài tốn trong nhiều chưa hợp chưa sát với
thực tế; chưa có sự so sánh, lựa chọn về cấp bê tông, loại, chủng loại và bố trí cho
cốt thép chủ một cách cụ thể.
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
2
Các cơng trình nghiên cứu ở nước ngồi đã và đang nghiên cứu về ứng xử nứt
mặt cầu BTCT, cụ thể, ứng xử nứt của cầu bản BTCT [24]; giảm nứt cầu bản thông
qua việc sử dụng vật liệu thay thế [82]; ứng xử nứt mặt cầu BTCT do nhiệt độ mơi
trường [101]. Các cơng trình nghiên cứu này chưa giải quyết được cơ chế nứt, sự
phân bố và lan truyền nứt trong mặt cầu BTCT do xe tải nặng.
Các cơng trình nghiên cứu ở trong nước cũng đã và đang nghiên cứu về ứng
xử nứt bản BTCT do tải trọng còn rất hạn chế. Nghiên cứu của Trịnh Văn Tồn
(2010) [12] nhằm phân tích, đánh giá hư hỏng của bản mặt cầu và các bộ phận kết
cấu nhịp do xe tải nặng dựa trên lý thuyết mỏi. Tác giả đã đánh giá được tổn thương
trong kết cấu do mỏi sau mỗi chu trình ứng suất của xe tải nặng gấp nhiều lần của
xe tải nằm trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đánh giá cụ thể
được sự hình thành và phát triển vết nứt dưới tác dụng của xe tải nặng như tải trọng
gây nứt, vùng phân bố nứt.
Xe quá tải tác dụng lên kết cấu nhịp sinh ra ứng suất lớn trong bản mặt cầu
BTCT làm BT bị nứt. Khi bê tông bị nứt, ở vùng chịu kéo, lực kéo trong bê tông
truyền cho cốt thép chịu, ứng suất trong cốt thép tăng lên, độ cứng của BMC giảm
làm độ võng tăng lên, gây thấm nước và mất mĩ quan [63, 73, 96]. Rõ ràng là tình
trạng này sẽ càng nghiêm trọng hơn nếu như để xảy ra tình trạng xe q tải khơng
được kiểm soát hiệu quả. Bản mặt cầu đã bị nứt, lại tiếp tục phải chịu tải ở trạng
thái khơng tồn vẹn, các vết nứt tiếp tục phát triển, lan truyền và mở rộng, dẫn đến
tình trạng hư hỏng nặng hơn, giảm tuổi thọ, làm tổn thất chất lượng và khả năng
khai thác cơng trình. Cần có các nghiên cứu chun sâu về ứng xử cơ học của bản
mặt cầu BTCT do xe tải nặng. Việc làm rõ hơn cơ chế xuất hiện, lan truyền và mở
rộng vết nứt trong bản BTCT mặt cầu do tải trọng nói chung và xe quá tải sẽ có cơ
sở để hồn thiện thêm các giải pháp kết cấu cũng như về mặt kiểm soát tải trọng xe
trong thực tiễn khai thác cầu. Do đó, việc chọn đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu ứng
xử cơ học kết cấu mặt cầu bê tông cốt thép dạng bản trên dầm chịu tác dụng tĩnh
của tải trọng xe ” là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bản mặt cầu bê tông cốt thép dạng bản trên
dầm của kết cấu nhịp giản đơn. Trong đó, bản mặt cầu BTCT được đổ cùng sườn
dầm hoặc đổ tại chỗ liên hợp với dầm chủ.
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
3
3. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định cơ chế xuất hiện, lan truyền, và mở rộng vết nứt cùng với ứng suất,
độ võng của kết cấu mặt cầu bê tông cốt thép dạng bản trên dầm đổ tại chỗ chịu tác
dụng tĩnh của tải trọng xe.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp điều tra: để thu thập, khảo sát, đánh giá thực trạng vết nứt bản
mặt cầu bê tông cốt thép đổ tại chỗ.
Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: nghiên cứu các tài liệu liên quan
nhằm lựa chọn mô hình phù hợp cho mơ phỏng nứt trong bản mặt cầu bê tông cốt
thép đổ tại chỗ do nguyên nhân xe ơtơ q tải.
Phương pháp mơ hình hố: mơ phỏng số nứt trong bản mặt cầu bê tông cốt
thép đổ tại chỗ do nguyên nhân xe ôtô quá tải theo lý thuyết cơ học phá hủy.
Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng mơ hình, bố trí và tiến hành thí nghiệm
xác định ứng xử cơ học của kết cấu nhịp dầm T mới, kết cấu nhịp dầm T đã hư
hỏng được gia cố bằng tấm FRP và bản BTCT kê trên 2 cạnh dưới tác dụng của tải
trọng tĩnh.
5. Phạm vi nghiên cứu
Không xét tới tác động qua lại giữa tải trọng và các yếu tố gây nứt như co
ngót, ăn mịn, nhiệt độ, mỏi ...đến nứt bản mặt cầu.
Khơng xét tới các hư hỏng ban đầu trong bản mặt cầu.
Tải trọng sử dụng trong mô phỏng số là xe tải nặng đặt tĩnh lên cầu có xét tới
hệ số xung kích.
Bê tơng và cốt thép được giả thiết là dính bám hoàn toàn.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Xây dựng được bộ dữ liệu các đặc trưng nứt của bê tơng.
Xây dựng được mơ hình tính tốn có kiểm chứng bằng thực nghiệm để phân
tích ứng xử nứt bản mặt cầu.
Đã xây dựng được mơ hình thí nghiệm phù hợp để phân tích ứng xử nứt của
bản mặt cầu tương tự với thực tế từ đó thực hiện được các thí nghiệm phân tích ứng
xử nứt của BMC.
Đã kiến nghị mơ hình dải bản tương đương khi tính theo kết cấu dạng bản dựa
trên kết quả mô phỏng số.
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
4
Phân tích được hiệu quả gia cố tấm FRP đến hiệu quả chống nứt của bản bằng
thực nghiệm.
Đánh giá được giải pháp cấu tạo bản mặt cầu BTCT đối với kết cấu nhịp dầm I
đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay khi chịu tải trọng xe quá tải.
Khảo sát được các tham số cấu tạo của bản mặt cầu BTCT dạng bản trên dầm
và đề xuất giải pháp thiết kế chống nứt.
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
5
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ NỨT BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
VÀ VẤN ĐỀ XE QUÁ TẢI Ở VIỆT NAM
1.1. Kết cấu mặt cầu bê tông cốt thép dạng bản trên dầm
Ở Việt Nam, giải pháp kết cấu mặt cầu bê tông cốt thép dạng bản trên dầm
được sử dụng phổ biến. Thống kê chi tiết về các loại cầu đang sử dụng trên các
tuyến Quốc lộ để có một cái nhìn chung về hiện trạng các loại cầu đang sử dụng
[13]. Các cầu được phân chia thành 5 loại chính tùy theo vật liệu sử dụng trong kết
cấu nhịp. Phân loại cầu trên Quốc lộ theo số lượng bao gồm kết cấu bê tông cốt thép
(BTCT) thường (62%); BTCT dự ứng lực (BTCT DƯL) (17%); thép-bản BTCT
liên hợp (13%); cầu giàn thép (5%); còn lại là các loại khác (3%). Phân loại cầu trên
Quốc lộ theo chiều dài bao gồm kết cấu BTCT thường (39%); BTCT DƯL (31%);
thép-bản BTCT liên hợp (20%); cầu giàn thép (7%); còn lại là các loại khác (3%).
Theo các kết quả nghiên cứu ở Mỹ, tỷ lệ phần trăm các loại cầu thông dụng
khác nhau ở Mỹ như trong Hình 1. 1 [25, 26]. Loại kết cấu dạng bản mặt cầu trên
các dầm đỡ (dạng bản trên dầm) là phổ biến nhất. Đối với loại cầu này, theo kết quả
thống kê chiều dài nhịp cầu ở bang Wiscosin, Mỹ, chiều dài nhịp chiếm tỷ lệ cao
nhất là 60 ft. (18,3 m). Các cầu có chiều dài nhịp phổ biến từ 50 ft. (15,2 m) đến
140 ft. (42,7 m) như Hình 1. 2. Khoảng cách dầm chiếm tỷ lệ cao nhất là 8 ft. (2,4
m). Khoảng cách dầm phổ biến từ 5 ft. (1,5 m) đến 11 ft. (3,4 m) như Hình 1. 3.
Hình 1. 1: Các loại kết cấu cầu được sử dụng tại Mỹ.
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
6
Hình 1. 2: Tỷ lệ phần trăm nhịp của cầu nhiều dầm đỡ ở bang Wisconsin, Mỹ.
Hình 1. 3: Tỷ lệ phần trăm khoảng cách dầm của cầu nhiều dầm đỡ ở bang
Wisconsin, Mỹ.
Bản mặt cầu là bộ phận tham gia chịu lực tổng thể, chịu lực cục bộ do tải trọng
trục, che chắn bảo vệ kết cấu bên dưới và góp phần phân phối hoạt tải theo phương
ngang cầu. Kết cấu mặt cầu bê tông cốt thép dạng bản trên dầm được sử dụng phổ
biến trong kết cấu nhịp giản đơn dầm I, dầm T, dầm super T, dầm chữ . Cấu tạo
bản mặt cầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại dầm đỡ, khoảng cách dầm, cường
độ vật liệu, tải trọng thiết kế, tiêu chuẩn thiết kế, và các yếu tố khác. Bản mặt cầu
làm việc theo sơ đồ bản hẫng, bản kê trên 2 cạnh hoặc bản kê trên 4 cạnh [5]. Kết
cấu BMC BTCT dạng bản trên dầm thường tính theo sơ đồ bản kê 2 cạnh với
phương làm việc chính là phương ngang cầu. Đối với các cầu được thiết kế theo
tiêu chuẩn 22TCN 272-05 và TCVN 11823:2017 từ năm 2005 trở lại đây, bản mặt
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
7
cầu (BMC) BTCT nhịp giản đơn có chiều dày tối thiểu 175mm. Bản mặt cầu có
chiều dày phổ biến 175mm220mm phụ thuộc vào khẩu độ tính tốn của bản và
loại dầm đỡ. Trong một số cơng trình cầu có chiều dày bản mặt cầu thay đổi để tạo
độ dốc ngang cầu thì chiều dày bản mặt cầu có thể lên tới 300mm tại vị trí dày nhất.
Đối với các cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79 khơng có quy định
chiều dày tối thiểu bản mặt cầu, nhiều cầu có chiều dày BMC nhỏ hơn 175mm đã
được xây dựng. Cốt thép chịu lực theo phương ngang có đường kính 12mm18mm
được bố trí làm 2 lớp trên và dưới như Hình 1. 4. Khi khoảng cách cách dầm/sườn
dầm đỡ tăng lên làm tăng khẩu độ tính tốn của BMC cần tăng cốt thép chịu lực.
Cốt thép theo phương dọc có đường kính 10mm12mm được bố trí làm 2 lớp và
thường được bố trí theo cấu tạo. Về vật liệu, giới hạn chảy của cốt thép
240MPa420MPa, cường độ bê tông (BT) 20MPa35MPa và có xu hướng tăng lên.
Bản mặt cầu BTCT liên hợp với dầm đỡ thông qua cốt đai hoặc hệ neo [17]. Cấu
tạo chi tiết loại bản mặt cầu BTCT của kết cấu nhịp dầm I BTCT DƯL được sử
dụng phổ biến ở Việt Nam như Hình 1. 5. và Bảng 1. 1, cấu tạo chi tiết loại bản mặt
cầu BTCT của kết cấu nhịp dầm T ngược BTCT DƯL như Hình 1. 6. Cấu tạo một
số dạng bản mặt cầu BTCT dạng bản trên dầm khác được sử dụng phổ biến ở Việt
Nam như Hình 1. 7.
Bảng 1. 1: Cấu tạo bản mặt cầu BTCT của kết cấu nhịp dầm I
BTCT DƯL nhịp giản đơn.
Loại kết cấu nhịp
Tải
trọng
S
tw
ts
Cốt thép ngang
BMC
Cốt thép dọc
BMC
I33m căng trước
HL93 1,75m 0.16m
0.18m
D14 a=0,15m
D10 a=0,2m
I24.54m căng trước
HL93 1,75m 0,178m
0,18m
D14 a=0,15m
D10 a=0,2m
I18.6m căng trước
HL93 1,5m
0,16m
0,175m
D14 a=0,15m
D10 a=0,2m
I12.5m căng trước
HL93 1,5m
0,14m
0,175m
D14 a=0,15m
D10 a=0,2m
I33m căng sau
HL93 2,4m
0,2m
0,2m
D12 a=0,1m
D10 a=0,2m
I30m căng sau
HL93 2,4m
0,25m
0,2m
D12 a=0,1m
D10 a=0.2m
I25.7m căng sau
HL93 2,4m
0,2m
0,2m
D12 a=0,1m
D10 a=0.2m
I20.7m căng sau
HL93 2,4m
0,2m
0,2m
D12 a=0,1m
D10 a=0.2m
Ghi chú: S-khoảng cách giữa tim các dầm dọc; tw - chiều dày sườn dầm; ts - chiều
dày bản mặt cầu; fy - giới hạn chảy của cốt thép; f’c - cường độ chịu nén của bê tơng
(mẫu hình lăng trụ, tuổi 28 ngày); D -đường kính cốt thép; a - bước cốt thép.
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
8
Hình 1. 4: Bố trí chung cấu tạo cốt thép trong bản mặt cầu dạng bản trên dầm.
Hình 1. 5: Cấu tạo cốt thép BMC của kết cấu nhịp dầm I BTCT DƯL.
Hình 1. 6: Cấu tạo cốt thép BMC của kết nhịp dầm T ngược BTCT DƯL.
1-Kết cấu nhịp dầm T BTCT DƯL
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
9
2-Kết cấu nhịp dầm Super T BTCT DƯL
3-Kết cấu nhịp dầm thép I liên hợp bản mặt cầu BTCT
(bản mặt cầu có chiều dày thay đổi tạo dốc ngang cầu)
500250
2x3500=7000
500
2x3500=7000
250500
2%
2%
4-Kết cấu nhịp dầm thép U liên hợp bản mặt cầu BTCT
(bản mặt cầu có chiều dày thay đổi tạo dốc ngang cầu)
Hình 1. 7: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp có bản mặt cầu dạng bản trên dầm [13, 19].
Các dạng hư hỏng chủ yếu của bản mặt cầu thường gặp như nứt, vỡ, bong tróc
bê tơng, mài mịn. Một trong những nhân tố cơ bản làm ảnh hưởng đến độ bền của
cầu bê tông cốt thép là nứt bản mặt cầu. Nứt làm tăng tốc độ ăn mòn cốt thép, giảm
độ bền và tuổi thọ của kết cấu, làm giảm mỹ quan cơng trình và ảnh hưởng tới tâm
lý người sử dụng. Nứt bản mặt cầu bê tông do nhiều nguyên nhân: Sự thay đổi của
khí hậu; cường độ chịu nén của bê tơng thấp; nền móng biến dạng; q tải; co ngót
bê tơng; cấu tạo khơng hợp lý; q trình thi cơng.
Ở Việt Nam, tình trạng q tải của các phương tiện giao thông tương đối phổ
biến [3, 12]. Nguyên nhân của sự quá tải do quá trình cơng nghiệp hóa diễn ra
luan an tien si TIEU LUAN MOI download : moi nhat
