Giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống part 6 pptx

GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 81/152
Khi sử dụng các dây căng như hình vẽ cần phải xét ảnh hưởng của biến dạng do
nhiệt ñộ, còn trong trường hợp ño các chuyển vị lớn thì phải xét cả ñến các biến dạng có
liên quan ñến sự thay ñổi ñộ căng dây trong quá trình ño vì dầm dao ñộng lên xuống.
Người ta cũng có thể dùng các bộ cảm kiểu ñiện cảm ñể ño dao ñộng
2
3
1
4
5
T
2
T
1
R
4
R
1
R
2
3
R
a) b)
Π
3
1
4
T
2

T
1
T
1
T
4
T
3
2
T
c) d)
Π
1
T
2
T
4
T
3
T

Hình 2-28. Các sơ ñồ dao ñộng có dùng các bộ cảm biến ñiện trở.
a, b-Khi dùng dầm công xon ngắn có dán lá ñiện trở;
c, d-Khi dùng vòng thép có gắn lá ñiện trở.
1-Dây nối xuống ñất; 2-Dầm công xon ngắn; 3-Lò so; 4-Cọc neo; 5-Cọc giữa dầm
công xon; T1, T2, T3, T4-Các ten-xơ-mét kiểu lá ñiện trở.
Π
-Bộ ghi dao ñộng
(oxyclograph).
2.6. XÁC ðỊNH CÁC ðẶC TRƯNG CƠ LÝ VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU.

Khi tính toán ñánh giá khả năng chịu tải và trạng thái kĩ thuật của cầu cống cũ
rất cần có các trị số ñặc trưng cơ lí của vật liệu trong kết cấu thực. Việc xác ñịnh các trị số
này nói chung là khó ñạt ñộ chính xác cao. Thông thường trước tiên cần tham khảo hồ sơ
thiết kế hay hồ sơ hoàn công cũ ñể biết các ñặc trưng ban ñầu của vật liệu. Tuy nhiên ở
Việt Nam các hồ sơ này thường không ñủ hoặc không có.
Các thí nghiệm vật liệu phải ñược kết hợp thực hiện ở cả trong phòng thí nghiệm
và cả ở trên kết cấu thực. Các thí nghiệm trong phòng cho kết quả chính xác cao hơn
nhưng lại phụ thuộc việc lấy mẫu thử từ kết cấu có làm ñược hay không. Số mẫu lấy ra
cũng bị hạn chế. Các thí nghiệm ngay trên kết cấu thực sẽ cho các thí nghiệm trong phòng,
có thể thực hiện nhanh chóng hơn, nhiều số liệu thu ñược hơn nhưng có thể là kém chính
xác hơn.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 82/152
ða số các thí nghiệm trong phòng thuộc loại thí nghiệm có phá hủy mẫu thử, ña
số các thí nghiệm trên kết cấu thực thuộc loại thí nghiệm không phá huỷ mẫu và dùng các
cách ño gián tiếp.
2.6.1. KIM LOẠI
Trước khi thí nghiệm cần xác ñịnh rõ loại vật liệu bằng kim loại, ví dụ ñó là gang, sắt
mềm (ñối với các cầu thép cũ do Pháp ñể lại), thép thường, thép hợp kim thấp v.v… Các
thí nghiệm kim tương sẽ trả lời chính xác vấn ñề phân loại vật liệu kim loại.
Khi lấy mẫu kim loại từ kết cấu cầu cũ phải có biện pháp hợp lí sao cho không làm
suy yếu quá nhiều ñến sức chịu lực của kết cấu. Tại chỗ ñã cắt khoét lấy mẫu ra phải ñặt
các bản thép bù và liên kết bằng hàn hoặc liên kết bulông cường ñộ cao ngay. Miếng mẫu
kim loại ñã lấy ra phải ñược gia công sao cho mẫu thí nghiệm có các ñường biên lùi vào ít
nhất 10mm so với mép vết cắt bằng nửa lúc lấy mẫu.
Mẫu thử kim loại phải ñượcgia công theo ñúng các “Tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu”
do Bộ GTVT và Bộ Xây dựng ban hành. Nói chung mẫu ñể thí nghiệm về giới hạn bền
(cường ñộ phá hủy tức thời) giới hạn chảy, ñộ dãn dài tương ñối hay ñộ co ngắn tương ñối
của kim loại thép có dạng như hình 2-29a, mẫu ñể xác ñịnh ñộ dai va chạm ñược cắt lõm

như hình 2-29b.
41
61
φ
6
+0
R
1
,5
φ
12
2+0,1
2
10+0,2
27,5
55
R
1
10+0,1
a)
b)

Hình 2-29. Ví dụ loại mẫu thử ñể xác ñịnh các ñặc trưng cơ học của thép.
a) Mẫu thường; b) Mẫu thử ñộ dai va ñập.
Mỗi loại thí nghiệm phải có ít nhất ba mẫu giống nhau các mẫu thử có thể ñược phân
tích hoá học và phân tích phổ nếu thấy cần thiết.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 83/152
Do ñặc ñiểm của công nghệ cán thép, ñặc trưng cơ lí của kim loại cán theo hướng

dọc chiều cán và theo hướng ngang chiều cán sẽ không giống nhau. Vì vậy lúc lấy mẫu
phải ñánh dấu rõ hướng tác ñộng chủ yếu của lực trên mẫu ñó như lúc nó ở trong kết cấu
thực.
ðể thí nghiệm nhanh chóng ñối với thép ở trên kết cấu thực người ta thường dùng
phương pháp ñập bi tạo vết lõm trên bề mặt thép. Phương pháp này cho biết ñộ cứng của
kim loại ñể từ ñó suy ra giới hạn cường ñộ của nó với ñộ tin cậy chấp nhận ñược. Tuy
nhiên nếu muốn suy diễn ra trị số giới hạn chảy thì không ñủ tin cậy. Sai số xác ñịnh giới
hạn cường ñộ dựa vào thí nghiệm xác ñịnh ñộ cứng bề mặt thép vào khoảng ±7%, còn nếu
suy diễn từ giới hạn cường ñộ ñó ra giới hạn chảy thì sai số lớn ñến ±30%.
Việc thí nghiệm ñộ cứng có thể làm theo thí nghiệm Brinell hoặc thí nghiệm
Rockwell.
Thí nghiệm Brinell:
Tạo một tải trọng 3000kg cho vật liệu cứng và 1500kg hay 500kg cho các mặt cắt
mỏng hay vật liệu mềm, tác dụng thông qua một viên bi cứng có ñường kính 10mm ñể gây
ra vết lõm trên bề mặt vật liệu. ðường kính trung bình của vết lõm là cơ sở ñể tính ra ñộ
cứng Brenell (HB) theo công thức:
HB = P/[(π-D/2)(D-
22
dD
− )] (2-16)
Trong ñó:
HB - Số ño cứng Brinell.
P - Tải trọng tác dụng (kg).
D - ðường kính viên bi thép.
d - ðường kính trung bình của vết ấn, (mm).
Tiêu chuẩn AASHTO T244-90 và ASTM A 370-88 của Mỹ cho sẵn các bảng tra ñã
ñược tính sẵn theo công thức trên. Người ta ñã chế tạo máy ño ñộ cứng Brinell xách tay ñể
làm thí nghiệm dễ dàng tại vị trí cầu.
Thí nghiệm Rockwell:
Trong thí nghiệm này, trị số ñộ cứng ñược ñọc trực tiếp từ máy ño. ðộ cứng ñược

xác ñịnh căn cứ vào chiều sâu vết ấn của ñầu nhọn kim cương hoặc của viên bi thép vào
vật liệu. Trước tiên gia tải bằng tải trọng phụ 10kg ñể tạo vết ấn ban ñầu và ñưa ñầu ấn lên
rồi giữ nó ñúng vị trí trên mặt vật liệu. Tải trọng chính phụ thuộc vào thang ño ñược sử
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 84/152
dụng và ñược gia tải dần sẽ làm tăng dần ñộ sâu vết ấn. Sau ñó bỏ tải trọng chính nhưng
vẫn duy trì tải trọng phụ, trên máy ño sẽ cho biết trị số ñộ cứng Rockwell.
Dựa vào trị số ñộ cứng bề mặt, có thể theo công thức thực nghiệm suy ra hàm lượng
Các bon trong kim loại một cách gần ñúng theo dãy số so sánh sau:
-Hàm lượng C,% 0.05 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50
-ðộ cứng kim loại, MPa 1100 1200 1350 1560 1650 1800
2.6.2. BÊTÔNG
Nói chung ñộ chính xác của việc thí nghiệm cường ñộ bêtông trên kết cấu cũ thường
không cao do bêtông không ñồng nhất và suy thoái theo thời gian một cách không ñồng
ñều. Ngoài ra còn có ảnh hưởng của vết nứt, ñộ ẩm ướt, cốt thép trong bêtông v.v…
ðể thí nghiệm trong phòng phải khoan lấy mẫu bêtông rồi gia công thành hình trụ
tròn ñường kính 70-150mm từ kết cấu cầu thực. Như vậy lỗ khoan trên kết cấu khá lớn và
nếu cầu ñang khai thác thì thường không ñược phép khoan trên dầm. Chỉ có thể lấy mẫu từ
các khối xây to lớn của mố trụ.
Do vậy người ta thường dùng các phương pháp không phá huỷ mẫu ñể ño cường ñộ
bêtông ngay trên kết cấu thực. Hai phương pháp ñược dùng phổ biến nhất hiện nay là
phương pháp siêu âm và phương pháp dùng súng bật nẩy kiểu Schmid. Bộ Xây dựng ñã
ban hành tiêu chuẩn sử dụng kết hợp hai loại thiết bị ño này. Ngoài ra trong một số trường
hợp ñặc biệt, có thể dùng phương pháp tia Gamma (ví dụ ñã áp dụng ño cường ñộ bêtông
trong cọc khoan nhồi sâu 40m dưới lòng sông ở cầu Việt Trì 1993).
2.6.2.1 - Súng bật nẩy kiểu Schmidt (hình 2-30a).
1
3
2

4
5
6
7
8 9
10
11

Hình 2-30a. Súng bật nẩy kiểu Schmidt.
1-Bề mặt kết cấu bêtông; 2-Thanh va ñập; 3-Nắp bịt ñầu; 4-Lò so va ñập;
5-Cửa sổ nhìn thang ño vạch; 6-Con chạy chỉ thị; 7-Thanh dẫn hướng;
8-Vòng ñệm dẫn hướng; 9-Lò so nén; 10-Nắp vỏ thân súng;
11-Núm bấm giữ khi súng không hoạt ñộng; 12-Vỏ thân súng; 13-Quả búa;
14-ðá mài; 15-Hộp ñựng súng; 16-Dạng chung của súng.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 85/152
Nguyên lí hoạt ñộng của thiết bị này như sau: Khi dùng sức tay ấn cho thân súng tiến
dần ñến bề mặt bê tông thì thanh 2 tụt sâu vào thân súng 11 cho ñến lúc chạm vào quả
búa13. Do cú va ñập này quả búa 3 chuyển ñộng về phía sau làm di chuyển con chạy 6 trên
thang ño vạch. Vị trí con chạy 6 chỉ rõ số bật nẩy khi ño. Căn cứ số bậc này có thể tra ñồ
thị hay bảng mà hãng sản xuât Schmid ñã bán kèm súng ñể suy ra cường ñộ bề mặt nhỏ ñể
lấy trị số bật nẩy trung bình. Trong các tài liệu kèm theo súng có các bảng tra cụ thể ứng
với các góc bắn khác nhau, ví dụ: 45°, 90°, - 45°, v.v… Các súng do Trung Quốc sản xuất
còn xét ñến hiệu chỉnh theo mức ñộ các bô nát hóa bề mặt bê tông ñể gián tiếp xét ñến tuổi
bê tông cũ. Các súng do hãng Schmid bán ở Việt Nam chỉ ño cường ñộ bê tông có tuổi cao
nhất là 56 ngày. Tác giả Nga OCU OB khuyên ñối với bê tông cũ phải cạo bỏ lớp bề mặt ñi
sâu 10mm rồi mới dùng súng bật nẩy ñể thử cường ñộ bê tông. ðiều này khó ñược áp dụng
ở Việt Nam.

Hình 2-30b. Thử cường ñộ BT ñáy bản dầm liên hợp cầu Văn-ñiển bằng súng Schmidt


2.6.2.2 - Phương pháp siêu âm.
ðể xác ñịnh cường ñộ bê tông trong kết cấu có thể dùng máy siêu âm tạo ra sóng
siêu âm và ño tốc ñộ truyền sóng. Từ tốc ñộ này suy ra cường ñộ bê tông R. Sóng siêu âm
ñược lan truyền theo hướng dọc và theo hướng ngang. Tốc ñộ truyền sóng là hàm số phụ
thuộc vào ñộ ñàn hồi, mật ñộ và dạng hình học theo hướng dọc và theo hướng ngang của
kết cấu.
Lúc thí nghiệm bê tông bằng siêu âm phải xét ñược mọi yếu tố ảnh hưởng ñến ñộ
truyền sóng và quan hệ giữa nó với cường ñộ bê tông R (ñặc tính của cốt liệu, hàm lượng
cốt liệu trong bê tông, công nghệ chế tạo bê tông nhiệt ñộ, sự bố trí cốt thép v.v…). Muốn
vậy phải lập ra các ñồ thị chuẩn thể hiện quan hệ giữa tốc ñộ truyền sóng siêu âm và cường
ñộ phá huỷ nén mẫu thử bê tông trong phòng thí nghiệm. Sau ñó sử dụng ñồ thị này ñể suy
diễn các kết quả ño ở ngoài hiện trường. Như vậy ñộ chính xác ño ñạc phụ thuộc ñộ chính
xác của việc lập ñồ thị chuẩn, mẫu thử bê tông của cầu sẽ tính theo công thức:
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 86/152
4








=
cl

c
clc
v
v
RR

Trong ñó:
:
cl
R
- Cường ñộ bêtông của mẫu thử nén vỡ, mẫu này ñược lấy ra từ kết cấu thực.
c
v
và
cl
v
: -Tốc ñộ truyền sóng siêu âm trong bêtôngcủa kết cấu thực và trong mẫu thử nén
vỡ.
Người ta còn ñưa ra thêm các hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm ñể xét ñến các ảnh
hưởng khác. Nói chung sai số của phương pháp siêu âm ño cường ñộ bêtông vào cỡ 10%.
Có rất nhiều loại máy siêu âm khác nhau do các hãng nước ngoài sản xuất ñang ñược
dùng ở Việt Nam. Nguyên lý chung của chúng ñược vẽ trên hình 2-31.
Các xung ñiện ñược phát ra từ máy phát cao tần kích ñộng 1, truyền ñịnh kỳ lên ñầu
dò phát 10 ñể truyền vào bề mặt kết cấu bê tông hay bê tông cốt thép. ðồng thời một tín
hiệu ñiện tử ñược ñưa vào khối quét chờ 3 rồi gửi ñến ống tia ñiện tử. Khi sóng siêu âm từ
ñầu dò phát 10 ñi qua bê tông ñến ñầu dò thu 9, nó tạo ra tín hiệu ñiện biến ñổi ñể gửi ñến
bộ khuyếch ñại 7, sau ñó tín hiệu ñi ñến ống tia ñiện tử làm lệch tia ñiện tử theo hướng
thẳng ñứng. Thời ñiểm phát sóng siêu âm ở ñầu phát 10 và thời ñiểm nhận ñỉnh nhọn trên
ñường biểu diễn trên màn ảnh của ống tia ñiện tử 5. Khoảng cách giữa các ñỉnh nhọn theo
một tỷ lệ xích ñã quy ñịnh sẵn sẽ tương ứng với khoảng thời gian t mà xung ñi qua vật thể

bê tông. Nhờ khối 4 mà trên màn ảnh có thấy thang chia khoảng thời gian 6, theo ñó ta biết
ñược thời gian t. Căn cứ trị số t và ñộ dầy vật thể bê tông chúng ta xác ñịnh ñược tốc ñộ
truyền sóng siêu âm v = 1/t. Từ ñó suy ra cường ñộ bê tông dựa vào ñồ thị chuẩn của máy.
Nói chung các máy siêu âm hiện ñại còn có nhiều bộ phận khác ñể dễ ño, dễ mang ñi công
trường và tăng ñộ chính xác. Có thể ño các kết cấu dày từ 0.1m ñến 12m.

Hình 2-31. Sơ ñồ khối của máy
siêu âm ño cường ñộ bê tông.

1-Bộ phát xung tần số cao; 2- Bộ
phát chính ; 3- Kh
ối quét chờ;
4- Khối ño thời gian;
5- Bộ hiện sóng; 6- Thang chia;
7- Bộ khuyếch ñại; 8- C
ấu kiện
BTCT cần ño
cường ñộ; 9- ðầu dò thu; 10-
ðầu dò phát

1
3
4
2
7
910
8
l
6
5

GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 87/152

2.7- PHÁT HIỆN CÁC KHUYẾT TẬT VÀ HƯ HỎNG ẨN GIẤU
Trong kết cấu cũ thường có những khuyết tật ẩn giấu mà không nhận biết ñược như
các vết nứt, vết rỗ vết rỗng xốp bên trong bê tông, trong mối hàn. Các loại máy dò khuyết
tật ẩn giấu ñược phát triển ngày càng hiện ñại nhưng ñều dựa trên các nguyên lý chung của
các phương pháp âm thanh, phương pháp từ trường, phương pháp phóng xạ và tia Rơn-
ghel.
2.7.1- PHƯƠNG PHÁP ÂM THANH
Phương pháp này sử dụng sóng ñàn hồi ở dải tần rộng. Tuỳ theo tần số dao ñộng ñàn
hồi có thể phân loại:
- Sóng hạ âm (tần số 20Hz)
- Sóng âm thánh nghe ñược (tần số 20 Hz ñến 20 kHz)
- Sóng siêu âm (tấn số từ 20 kHz trở lên)
Nhưng chỉ có sóng âm thanh và siêu âm là dúng ñược trong công tác chuẩn ñoán bên
trong. Các sóng ñàn hồi ở dải tần siêu âm có thể ñược phát ra liên tục hoặc ngắt quảng từng
sung. Siêu âm có thể áp dụng cho kiểm tra không phát huy mẫu ñối với các bộ phận kết
cấu làm bằng bất cứ loại vật liệu nào. ðể phát hiện khuyết tật ẩn giấu phải căn cứ vào sự
phản xạ và khuyết tán của các sóng siêu âm khi gặp sự bất thường trên con ñường mà sóng
ñi qua (ví dụ ñó là các lỗ rỗng, các vết nứt ngầm, các chỗ bị phân lớp v.v ) hoặc khi ñi qua
môi trường không ñồng chất.
Tần số siêu âm thông dụng trong chẩn ñoán là từ 0,5 ñến 255 MHz. Có thể ño sóng
xuyên hoặ sóng phản xạ từ bề mặt.
Trên hình 2-32 giới thiệu sơ ñồ khồi của máy dò khuyế tật ñơn giản hoạt ñộng theo
nguyên lý tiếng vọng âm.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 88/152
12 3
5
D
6
4
a
b
7

Hình 2-32. Sơ ñồ khối của máy ño khuyết tật
a-

Bề mặt truyền sóng âm; b- Bề mặt ñối diện; D- Khuyết tật;
I- Biểu diễn khuyết tật trên màn hình; 1- Bộ ñồng bọ dao ñộng; 2- Bộ phát xung;
3- Bộ phát quét; 4- ðầu dò vừa thu vừa phát; 5- Máy thu; 6- Bộ chỉ thị màn hình;
7- Kết cấu bê tông
ðể kích ñộng những dao ñộng ñàn hồi có thể dùng các bộ cảm biến kiểu áp ñiện
hoặc kiểu từ ñiện. Muốn cho sóng siêu âm từ ñầu dò ñến bề mặt kết cấu một cách thuận lợi
cần phải bôi mỡ công nghiệp lên chỗ tiếp xúc.
Các khuyết tật ẩn giấu bên trong kết cấu thép và kết cấu BTCT thường ñược phát
hiện bằng phương pháp âm vọng hoặc phương pháp xung. Trên hình 2-32 giới thiệu sơ ñồ
của một thiết bị âm vọng ñơn giản.
Nếu trên ñường ñi qua của tín hiệu siêu âm gặp một khuyết tật như lỗ rỗng chẳng hạn
thì sức cản âm ñó sẽ khác với sức cản bình thường của vật liệu kết cấu này, gây ra các ñỉnh
nhọn trên màn hình hiện sóng. Sau khi ñó ñược thời gian, tốc ñộ và hướng ñi của sóng siêu
âm chúng ta có thể suy ñoán vị trí và ñộ lớn của lỗ rỗng ẩn giấu. Căn cứ vào sự biến ñổi
ñột ngột của tốc ñộ truyền sóng siêu âm trong các phần khác nhau của kết cấu chúng ta có
thể suy ñoán ñược về mặt ñộ bê tông, các vết nứt v.v
Các khuyết tật và hư hỏng trong mối hàn có thể phát hiện bằng máy siêu âm bằng

các ñầu dò hình lăng trụ ñặt sao cho phát ra các sóng nghiêng 30
o
- 60
o
(hình 2-33). Dùng
tay ñưa ñầu dò và trên mối hàn theo một quỹ ñạo hiện sóng như hình vẽ thể hiện. Khi ñến
chỗ có khuyết tật thì trên màn hình sẽ hiện lên xung nhô cao, ñồng thời máy phát ra tín
hiệu ánh sáng và cói báo ñộng. ðể xác ñịnh ñường biên bao quanh khuyết tật phải dùng tay
ñưa ñầu dò rà quét theo các hướng khác nhau từ vị trí mà tương ứng với ñỉnh nhọn trông
thấy trên màn hình cho ñến lúc nào mà biên ñộ A của xung trên màn hình giảm xuống còn
một nửa so với lúc ñầu. Vị trí lúc ñó của ñầu dò sẽ tương ứng với một ñiểm trên biên bao
quanh khuyết tật.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 89/152
Phương pháp xung siêu âm cũng có thể dùng rất tiện lợi ñể theo dõi lâu dài sự biến
ñộng của cấu trúc và cường ñộ bê tông.
L
TP
1 2
A/2
A
A/2
3
h
2
h
1
l
1

l
2
l'
1
l'
2
β

Hình 2-33 . Sơ ñồ xác ñịnh hư hỏng trong mối hàn
1- ðầu dò; 2- Quỹ ñạo rà quét của ñầu dò;
3- ðậc tính xung hiện trên màn hình ứng với các vị trí ñã vẽ của ñầu dò.
Phương pháp phát xạ âm thanh ñược dùng ñể phát hiện các khuyết tật và hư hỏng ẩn
giấu ñể thu lượm thông tin về các quá trình diễn ra bên trong vật liệu v.v Phương pháp
này dựa trên sự ghi nhận các sóng âm thanh xuất hiện trong vật thể cứng khi biến dạng dẻo
và có các nứt. Thực chất của phương pháp như sau. Trên bề mặt kết cấu ñặt một vài ñầu dò
có khả năng nhạy cảm ñối với các biến dạng trượt hoặc các sóng bề mặt, hoạt ñộng ở tần
số 1 - 3 MHz. Trong quá trình chịu lực sẽ xuất hiện các biến dạng lớn trong kết cấu và vết
nứt. ðiều này thể hiện qua sự phản xạ của sóng ứng suất có ñặc tính xung. Sóng này ñược
ñi, ñầu dò thu nhận và từ ñó ta có thể ñoán ra ñược khuyết tật hay hư hỏng.
Trên hình 2-34 nêu sơ ñồ nguyên lý của máy phản xạ âm thanh. ðầu dò 1 thu sóng
phản xạ,, truyền qua bộ khuyếch ñại 2 rồi ñi vào bộ loạc ñiện tử 3 ñể tách tín tần số thấp,
sau ñó ñi ñến bộ khuyếch ñại 4 rồi rẽ 2 nhánh, một nhánh vào khối ñiều chỉnh 5, một
nhánh vào bộ tách sóng8. Từ bộ tách sóng 8 tín hiệu ñi vào bộ ghi lên băng từ 7. Nguồn
cung cấp ñiện là 6.


Hình 2-34. Sơ ñồ khối của thiết
bị phản xạ âm thanh
1- ðầu dò; 2- B
ộ tiền khuyếch ñại;

3- Bộ lọc ñiện tử; 4- Bộ khuyếch ñại;
5- Khối ñiều chỉnh; 6- Nguồn ñiện;
7- Thiết bị ghi băng từ; 8- Bộ tách sóng

1
2
6 7
3
8
4
5

GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 90/152
2.7.2. PHƯƠNG PHÁP TỪ TRƯỜNG
Phương pháp này dùng ñể phát hiện khuyết tật và hư hỏng ẩn giấu trong các vật liệu
có thể nhiễm từ, xác ñịnh ñộ dày lớp bê tông bảo hộ cho cốt thép, ño ñộ ñầy lớp sơn phủ
kết cấu thép v.v Nguyên lý của phương pháp này dựa vào sự phát triển mức ñộ biến ñổi
của dòng từ ñị qua vật thể. Các bột sắt hoặc dung dịch bột sắt trộn dung môi (ví dụ dầu
hoả) ñược bôi lên bề mặt kết cấu. Dưới tác ñộng của từ trường ở nơi có sắt sẽ phân bố theô
một dạng khác thường ở nơi có khuyết tật hay hư hỏng ẩn giấu bên dưới.
Một phương pháp khác có hiệu quả hơn là dùng các ñầu dò kiểu từ ñiện có lôi phe rít
và dây ñồng và dây ñồng cuốn quanh. Từ trường ñược tạo ra sẽ có dạng chữ U như hình vẽ
2-35. Khi dùng tay và quét ñầu dò trên bề mặt kết cấu, bằng cách ñó sức ñiện ñộng có thể
suy ñoán và khuyết tật trong kết câu.
Sơ ñồ thiết bị vẽ trên hình 2-35 ñể xác ñịnh vị trí cốt thép nằm trong bê tông, ño
chiều dầy lớp bê tông bảo hộ và ño ñường kính cốt thép ñó. Bộ cảm biến từ ñiện 1 ñược
ñưa rà quét trên bề mặt kết cấu bê tông cốt thép. Trong hộp máy của thiết bị còn có một bộ
cảm biến 2 tương tự nhưng thêm tấm rung nhiễm từ 3, có tác dụng thay ñổi ñộ cản kháng

khi ta ñiều chỉnh cân bằng sơ ñồ. Tuỳ theo mức ñộ xa gần từ bộ cảm biến 1 ñến thanh cốt
thép năm f sâu trong bê tông mà mức ñộ dầy lớp bê tông bảo hộ và ñường kính cốt thép.
Dùng tay ñưa ñầu dọc theo cốt thép ñến chỗ phát hiện thấy vị trí số ñô nhỏ nhất thì ñó là
ñiểm giao nhau của hai thanh cốt thép.




Hình 2-35. Thiết bị kiểu ñiện cảm
ñể dò cốt thép và ño chiều dày bê
tông bảo hộ

1-Bộ cảm biến ngoài (ñầu dò); 2-
Bộ cảm biến trong hộp máy; 3- Bản
ñể ñiều chỉnh cảm kháng; 4- ðồng
hồ ño sức ñiện ñộng; 5- Thanh cốt
thép; 6- Cấu kiện BTCT

3
2
1
4
5
6


2.7.3- PHƯƠNG PHÁP TIA RƠN GHEN VÀ PHƯƠNG PHÁP TIA GAMA
Hai phương pháp này có thể dùng dò khuyết tật cho bất cứ loại vật liệu nào: gỗ,
thép, BTCT, polyme v.v Có thể dùng chúng dò vị trí cốt thép và ñường kính của nó trong
bê tông. Các tia phóng xạ này ñi qua vật và ñược chụp bằng phim ảnh. Khả năng xuyên

của tia
ψ
và tia Rơn ghen tuỳ thuộc mật ñộ của vật liệu, chiều dày kết cấu v.v Nếu gặp
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 91/152
khuyết tật hư hỏng như lỗ rỗng, vết nứt thì khả năng xuyên qua của tia sẽ mạnh hơn, trên
phim ảnh sẽ có các vùng tối ñậm khác nhau. Phân tích ảnh chụp sẽ cho ta suy ñoán về
khuyết tật như bác sỹ xem phim chụp X quang.
Nói chung việc sử dụng các phương pháp này còn hạn chế ở Việt Nam và cần ñặc
biệt chú ý ñảm bảo an toàn phóng xạ.
2.8. XỬ LÝ KẾT QUẢ ðO VÀ PHÂN TÍCH KẾT LUẬN
Công việc này ñòi hỏi trình ñộ kiến thức và kinh nghiệm nhiều năm của kỹ sư thanhh
tra. Thường áp dụng các phương pháp xử lý thống kê số liệu ño ñạc. như ñã ñược học ở
môn học toán thống kê xác suất. Tuy nhiên nếu có ít số liệu thì phương pháp này không áp
dụng ñược.
Nói chung thường cần phân tích các số liệu ño sau:
- Số liệu thử cường ñộ bê tông (bằng các phương pháp khác nhau)
- Số liệu ño ñộ võng các dầm chủ dưới tác dụng của hoạt tải xếp lệch ñể suy ra hệ số
phân bố ngang hoạt tải.
- Số liệu ñiều tra và ño ñộ rộng, ñộ dài các vết nứt bê tông các vết nứt trên kết cấu
thép.
- Số liệu ño góc xoay ở các mối dầm thép.
- Số liệu ño biến dạng và ứng suất.
- Số liệu ño dao ñộng ñể suy ra trị số của hệ số xung kích (1+
∝
) và chu kỳ dao ñộng
riêng T của kết cấu nhịp.
- Số liệu thí nghiệm vật liệu thép và cốt thép (nếu có)
Trong phạm vi tài liệu này chỉ giới thiệu một số vấn ñề xử lý kết quả chủ yếu.

2.8.1. HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG HOẠT TẢI
Căn cứ vào kết quả ño ñọ võng giữa nhịp cầu của các dầm chủ (dàn chủ) dưới tác
dụng hoạt tải xếp trên cầu theo một cách nào ñó (hoặc chính giữa phần xe chạy, hoặc lệch
về thượng lưu, hoặc lệch về hạ lưu) có thể tính ra hệ số phân bố ngang của từng dầm chủ
ñó tương ứng cách xếp tải ñã thực hiện.
Công thức tính toán là:
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 92/152
Ki =
∑
n
j
i
y
y
1
(2-17)
Trong ñó:
Ki - Hệ số phân bố ngang của dầm (dàn) của thứ i
yi - ðộ võng của dầm thứ i
∑
n
yj
1
- Tổng ñộ võng của tất cả các dầm (dàn) chủ
n - Số lượng dầm (dàn chủ)
Khi tính toán lại kết cấu cần phải sử dụng hệ số phân bố ngàn thực tế này chứ không
dùng trị số tính toán lý thuyết nữa.
2.8.2. XỬ LÝ SỐ LIỆU DO ỨNG BIẾN

Căn cứ kết quả ño bằng ten-xơ-mét cơ hay ten-xơ-mét ñiện, ñối với kết cấu thép như
thanh dầm thép có thể suy diễn ra ứng suất hoạt tải theo ñịnh luật Hook:
ơ = E.

(2-18)
Tuy nhiên ñối với kết cấu bê tông việc suy diễn này phải thận trọng và chỉ có ý nghĩa
tham khảo ở mức ñộ gần ñúng vị trí số mô ñuyn ñàn hồi thực tế của bê tông cầu cũ nói
chung là không xác ñịnh ñược ñúng. Mặt khác ngay cả ñối với phần bê tông chịu nén của
mặt cắt, việc suy diễn ứng suất hoạt tải theo công thức trên cũng gượng ép vì quan hệ
tuyến tính giưa ơ và

ñối với bê tông chịu nén chỉ ñúng khi ứng suật ơ
≤
0,2 Ru. Trong
các cầu thực tế cũ ứng do riêng tĩnh tải cũng ñã có thể vượt quá trị số 0,2 Ru. Vì vậy khi có
thêm hoạt tải nữa thì quan hệ ơ và

càng không ñủ căn cứ ñể coi là tuyến tính nữa.
ðối với bê tông vùng chịu kéo, công thức ñịnh luật Hook hoàn toàn không thể áp
dụng ñược. Vì vậy kết quả ño

ở vùng này cần xem xét kỹ có thể cọi ñó là phép ño ñộ
rộng vết nứt chứ không phải là ño ñộ dãn kéo dài tương ñối

.
ðể nói về ứng suất trong cốt thép chịu kéo, nhất thiết phải ñục bỏ lớp bê tông bảo hộ
và gắn ten-xơ-mét cơ học hoặc lá ñiện trở vào trực tiếp cốt thép nhằm ño trị số

của nó.
Từ ñó có thể dùng ñịnh luật Hook ñể tính ra ứng suất cốt thép ñược.

Hiện nay trong công tác ño cầu ở Việt nam còn rất hãn hữu bố trí ño theo trạng thái
ứng suất phẳng mà thường chỉ ño theo trạng thái ứng suất ñường. ðối với các thanh dàn
chịu lực dọc trục cũng như ñối với các bản cánh dầm, ño như vậy là tạm ñủ nhưng ñối với
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 93/152
phần bản bụng dầm, bản nút dàn và những trường hợp mà trạng thái ứng suất phẳng thể
hiện rõ thì phải bố trí các xen tơ mét cơ học hoặc lá ñiện trở theo các hướng khác nhau ñể
từ kết ño suy ra trị số và hướng của các ứng suất chính.
Xét ví dụ một mặt cắt ngang cấu kiện như hình 2-31 ñã ñặt các ten-xơ-mét ñể ño
biến dạng thớ tại các ñiểm 1, 2, 3, 4 là

1,

2,

3,

4. Theo ñịnh luật Hook suy ra cá trị
số ứng suất ơ1, ơ2, ơ3, ơ4. Căn cứ các ñặc trưng hình học mặt cắt (F, Ix, Iy, x1, x2, x3, x4,
y1, y2) và biểu ñồ ứng suất như hình vẽ.
Ta lập ñược phương trình:

1E = ơ1 =
F
N
+
Ix
yMx
1.

-
Iy
xMy 1.
(2-19)


2E = ơ2 =
F
N
+
Ix
yMx 1.
-
Iy
xMy 2.
(2-20)


3E = ơ3 =
F
N
+
Ix
yMx 2.
-
Iy
xMy 3.
(2-21)

4E = ơ4 =

F
N
+
Ix
yMx 2.
-
Iy
Myx4
(2-22)
Khi giải hệ này ta tìm ñược các nội lực N, Mx, My. ở ñây có 4 phương trình mà chỉ
có 3 ẩn số nên chúng ta có khả năng kiểm tra ñộ chính xác của phép ño ñã thực hiện. Muốn
vậy chỉ cần xác ñịnh một nội lực nào ñó bằng cách giải các nhóm phương trình khác nhau.
Ví dụ giải hệ 3 phương trình 1,2,3 thì tìm ñược N1, Mx1, Mx2 còn khi giải hệ 3 phương
trình 2, 3, 4 lại ñược N2, Mx2, My2. Chênh lệch giữa các trị số N1 với N2, Mx1 với Mx2,
My1 với My2 sẽ suy ñoán về sai số ño ñạc và ảnh hưởng của các yếu tố như cong vênh cục
bộ, ứng suất tập trung, mô men xoắn v.v Tóm lại ñể ñánh giá sai số ño ñạc thì phải tăng
số lượng ñiểm ño biến dạng nhiều hơn số lượng các yếu tố nội lực cần tính.
2.8.3. XỬ LÝ KẾT QUẢ ðO ðỘNG
Khi thử tải ñộng ñối với cầu, kết quả ño ñược ghi lên băng giấy hoặc phim dưới dạng
biểu ñồ dao ñộng như hình 2-36,
Hệ số xung kích thực tế ñược suy ra từ kết quả ño theo công thức sau:
( 1+
µ
) =
y
y
max
(2-23)
Trong ñó: y
max

- ðộ võng lớn nhất khi hoạt tải chạy qua
y - ðộ võng tĩnh khi hoạt tải ñứng yên
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 94/152
Mỗi tốc ñộ xe thử chạy qua cầu sẽ cho một vị trí số ( 1+
∝
) riêng. Do ñó khi thử ñầu
phải cho xe chạy với vài tốc ñộ khác nhau 20, 25, 35, 45 km/h lần lượt. Thông thường trên
cầu ôtô hệ số xung kích lớn nhất ứng với tốc ñộ từ 25 – 35 km/h.
ðể tìm ñộ võng y phải vẽ thêm ñường trung bình lên biểu ñồ ñộ võng như hình 2-32.
Trên hình ñó cũng giải thích cách xác ñịnh các thời ñiểm xe ra vào cầu.
ðể xác ñịnh chu kỳ T và tần số f của dao ñộng trên một ñoạn biểu ñồ dao ñộng thì
phải ñếm số dao ñộng n trên ứng với thời gian t rồi dùng các công thức sau:
T =
n
t
; f =
t
n
=
T
1
(2-24)
Công thức dùng chung cho cả khi xét dao ñộng cưỡng bức và dao ñộng riêng. Muốn
tính chu kỳ dao ñộng riêng Tc ñể so sánh với trị số mà quy trình thiết kế cầu cho phép thì
phải ñếm ño trên ñoạn c của biểu ñồ (xem hình vẽ). ðể ñọc các băng ghi dao ñộng phải có
kính phóng ñại với vạch chia cự ly ñọc chính xác ñến 0,1 mm.
Trong lúc nhận xét kết quả thử tải phải xét toàn diện tất cả các vấn ñề. Chú ý phân
tích nguyên nhân và hậu quả của các hư hỏng, các hiện tượng ñộ võng dư và ứng suất dư

của kết cấu. Phải có nhận xét về tuổi thọ của kết cấu.
Sau khi tính toán ñầy ñủ các số liệu ño, báo cáo tổng kết cần làm theô trình tự nội
dung sau:
-

Mô tả kết cấu và toàn bộ cầu
-

Nêu các số liệu tóm tắt rút ra từ hồ sơ thiết kế.
-

Nêu các vấn ñề ñặc biệt xảy ra trong quá trình thi công.
-

Mô tả các khuyết tật và hư hỏng.
-

Nhắc lại yêu cầu và nội dung thử nghiệm cầu.
-

Danh mục các dụng cụ, thiết bị ñược dùng ñể thử nghiệm cầu.
-

Tải trọng thử cầu ñã sử dụng
-

Trình tự thử tải cầu
-

Các hiện tượng phát sinh trong quá trình thử

-

Các kết quả ño ñạc thử tĩnh và thử ñộng ở tất cả các ñiểm ño dưới mỗi cấp tải
trọng.
-

Phân tích các số liệu có kết hợp với các tài liệu kiểm tra và ñặc ñiểm của kết cấu
-

ðánh giá mức ñộ ñúng ñắn về những giả thiết tính toán và giải pháp kết cấu của
ñồ án.
-

Những kết luận về trạng thái chất lượng của công trình và khả năng thông qua của
hoạt tải.
-

Những ñề nghị về quản lý công trình, cá chỉ dẫn về giải pháp kỹ thuật cần áp dụng
nhằm khắc phục những sai sót hư hỏng ñã phát hiện.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 95/152
-

Kèm theo báo cáo chung còn có các tài liệu kỹ thuật phản ánh quá trình ño ñạc
như hồ so thiết kế thử tải, ảnh chụp các dao ñộng, biểu ñồ ứng suất và ñộ võng và các
tài liệu minh hoạ khác.
T
a)
1

2
T
Tb
b)
δ
Tc
B
C
Tb
ymax
ytb

Hình 2-36. Biểu ñồ ghi dao ñộng cưỡng bức (a) và dao ñộng riêng (b).
B - ðoạn ghi dao ñộng cưỡng bức; C - ðoạn ghi dao ñộng riêng.
T
B
- Chu kỳ dao ñộng cưỡng bức; T
C
- Chu kỳ dao ñộng riêng

ðể ñánh giá tốc ñộ tắt dần của dao ñộng riêng cần phải tính hệ số tắt dần

1
ln
+
=
n
n
A
A

ψ
(2-25)
Trong ñó
1
,
+
nn
AA là các biên ñộ của dao ñộng
2.8.4. - ðÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ THỬ TẢI CẦU
Căn cứ phân tích kết quả thử tải cầu có thể nên nhận xét về các vấn ñề sau:
- Mức ñộ thích hợp của phương pháp tính toán ñã áp dụng.
- ðộ chính xác và trình ñộ công nghệ chế tạo kết cấu
- ðặc ñiểm cụ thể về tác ñộng của tải trọng lên cầu.
- Các ñặc trưng thực tế của trạng thái ứng suất của các bộ phận và các mối nối.
GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm ñịnh, Gia cố, Sửa chữa cầu cống

Page 96/152
- Ảnh hưởng của những yếu tố khác nhau và các khuyết tật, hư hỏng ñến trạng
thái kỹ thuật của kết cấu cầu.
- Xác ñịnh ñộ an toàn thông xe qua cầu của hoạt tải cụ thể hoặc hoạt tải tiêu
chuẩn nào ñó: Trọng tải xe, cách cho xe qua cầu, tốc ñộ cho phép…
- ðề nghị về công tác duy tu sửa chữa hoặc nâng cấp cầu.
Mức ñộ chênh lệch giữa các trị số tính ra ñược và trị số ño ñược của cùng một ñại
lượng vật lý ñược ñánh giá bằng hệ số kết cấu:

tinh
do
k
χ
χ

η
=
(2-26)

−
tinhdo
χ
χ
, Các trị số ño ñược và tính ñược.
Các hệ số kết cấu sẽ dùng ñể ñánh giá năng lực chịu tải thực tế của kết cấu.

2.9. CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP
1/ Mục ñích thử tải cầu và các trường hợp thử tải cầu
2/- Nội dung công tác thử tải cầu
3/ Cách chọn tải trọng thử cầu
4/- Nội dung thử tải tĩnh
5/- Nội dung thử tải ñộng
6/- Phương pháp dùng ten-xơ-met ñể ño ứng suất
7/- Các loại ten-xơ-mét co học, Ten-xơ-mét dây, Ten-xơ-mét ñIện
8/- Các phương pháp ño ứng suất trong các bộ phận kết cấu cầu
9/- Các máy ño ñộ võng và ño chuyển vị thẳng., góc xoay
10/- Nguyên tắc nhận xét các kết quả thử tĩnh ñối với cầu.
11/- Các phương pháp và thiết bị ño thử ñộng ñối với cầu.
12/- Xác ñịnh các ñặc trưng cơ lý và tính chất của vật liệu
13/- Phát hiện các khuyết tật và hư hỏng ẩn giấu
14/- Xử lý kết quả ño và phân tích kết luận