tiểu luận cầu ứng suất nhịp lớn

Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
TIỂU LUẬN CẦU BTƯST NHỊP LỚN
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
1
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU BTCT VÀ
BTCT DƯL
1.1. Giới thiệu chung về cầu BTCT:
Ngay từ khi ngành sản xuất thép mới ra đời, người ta đã nghó tới việc
đặt cốt thép trong bêtông để tận dụng khả năng của mỗi loại vật liệu.
Chiếc cầu bêtông cốt thép đầu tiên ra đời vào năm 1875 tại Pháp do kỹ sư
Monle thiết kế, cầu có dạng vòm dài 16m, rộng 4m cho người đi bộ.
Trong những năm tiếp theo, các cầu bê tông không được phát triển rộng
rãi nữa vì thiếu những cơ sở tính toán và số liệu nghiên cứu về khả năng
chòu lực của kết cấu BTCT.
Đến cuối thế kỷ 19, thì cầu BTCT bắt đầu phát triển rộng rãi với sự áp
dụng phương pháp tính toán ứng suất cho phép. Sang đầu thế kỷ 20, cầu
BTCT được phát triển ngang với cầu thép, gỗ. Ban đầu, cầu BTCT thường
có dạng kết cấu bản dầm, vòm, dần dần các nhòp cầu bắt đầu được xây
dựng dài hơn (cầu Stockhon Thụy Điển nhòp dài 181m, cầu Eooe Pháp có
3 nhòp, mỗi nhòp dài 186m, cầu Esla Tây Ban Nha 3 nhòp, mỗi nhòp dài
205m …).
Sau chiến tranh thế giới thứ II, các cầu BTCTDƯL bắt đầu phát triển
rộng rãi ở châu Âu. Với sự ứng dụng của công nghệ BTCTDƯL, hàng loạt
cầu có nhòp lớn đã được hình thành với nhiều kiểu dáng khác nhau (cầu
dây văng, dây võng, cầu vòm…)
1.2. Đặc điểm của cầu BTCT DƯL:
Khuynh hướng tăng chiều dài kết cấu nhòp cầu bêtông cốt thép dẫn tới
ý tưởng sử dụng vật liệu cường độ cao, trong đó cường độ bêtông có thể

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
2
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
đạt tới cấp 40- 60 MPa hoặc hơn, cốt thép cường độ cao có thể đạt 1800-
1900 MPa. Sử dụng vật liệu cường độ cao có lợi về mặt kinh tế vì có thể
giảm khối lượng vật liệu, hạ giá thành riêng (giá thành trên đơn vò cường
độ vật liệu). Tuy nhiên, để đạt được cường độ cao trong cốt thép thì trong
bêtông thường xuất hiện các vết nứt, làm gỉ cốt thép, giảm tuổi thọ công
trình. Để bêtông không bò nứt khi chòu kéo thì có thể dùng cốt thép tạo
lực nén trước cho phần bêtông chòu kéo. Bêtông được ép trước tạo độ
chặt, độ kín nước và kín khí độc, do đó tăng tuổi thọ của kết cấu, đặc biệt
tuổi thọ chòu mỏi.
Như vậy kết cấu bêtông dự ứng lực có thể triệt tiêu được ứng suất kéo
trong bêtông, ngăn ngừa các vết nứt và sử dụng được bêtông và cốt thép
cường độ cao, giảm trọng lượng bản thân và tăng chiều dài nhòp. Bêtông
dự ứng lực làm tăng độ cứng của kết cấu chòu uốn, vì tiết diện làm việc
như một tiết diện nguyên gồm tất cả các loại vật liệu cấu thành tiết diện,
trong khi đó với dầm bêtông cốt thép, phần bêtông chòu kéo không tham
gia làm việc, nhưng tham gia vào tải trọng cần gánh chòu.
1.2.1. Kết cấu căng trước:
Kết cấu căng trước được thực hiện trên nguyên tắc căng trước cốt thép
trên bệ cố đònh hoặc trên ván khuôn thép đủ chòu lực căng, đặt cốt thép
thường và đổ bêtông dầm. Sau khi bêtông đã đạt cường độ mới cắt cốt
thép để truyền trực tiếp lực căng vào kết cấu.
1.2.2. Kết cấu căng sau:
Kết cấu căng sau, hay còn gọi là kết cấu căng trên bêtông là kết cấu
trong đó dầm được chế tạo trước, trong dầm có chừa sẵn các lỗ để luồn
các bó cốt thép
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
3

Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Sau khi bêtông đạt đủ cường độ, tiến hành căng cốt thép, tựa vào hai
đầu dầm để truyền lực nén vào bêtông. Lực căng trước được giữ bằng các
neo bố trí ở hai đầu bó dây, tì trực tiếp lên bêtông đã đông cứng. Việc
căng kéo các bó cáp thường thực hiện bằng các kích thủy lực.
Trong kết cấu căng sau, thường dùng các bó cốt thép nhiều sợi, các tao
cáp 7 sợi đường kính 12,7mm, 15,2mm hoặc bó lớn gồm nhiều tao.
Sau khi căng và neo giữ cốt thép, nếu ống bọc cáp được bơm đầy vữa
thì kết cấu được gọi là có dính kết giữa thép và bêtông, nghóa là sau khi
vữa khô cứng, cốt thép và bêtông không thể trượt lên nhau, biến dạng
của cốt thép và bêtông trong mỗi tiết diện đều bằng nhau, bêtông và cốt
thép cùng làm việc như một tiết diện liên hợp.
Nếu ống bọc không được bơm vữa, thì kết cấu được gọi là không dính
kết, trong đó khi chòu lực, cốt thép và bêtông với biến dạng khác nhau có
thể trượt tự do lên nhau. Trường hợp này, khi chòu tải kết cấu làm việc
như một dầm được tăng cường bằng một thanh căng.
Các bó cốt thép trong kết cấu căng sau có thể đặt trong hoặc ngoài
bêtông, nếu bó cốt thép đặt ngoài ta gọi là kết cấu căng ngoài. Kết cấu
căng ngoài thường là kết cấu không dính kết.
Kết cấu căng ngoài có những đặc điểm sau:
 Cốt thép nằm ngoài bêtông nên dễ kiểm tra thay thế
 Cốt thép căng ngoài có thể dùng trong các thiết kế mới hoặc kết
cấu cầu cũ, khi cần sữa chữa tăng cường khả năng chòu tải của
cầu.
 Do cốt thép không nằm trong bêtông nên kích thước dầm có thể
nhỏ hơn và chế tạo đơn giản hơn.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
4
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
 Cốt thép căng ngoài do không có dính bám nên khi bò hỏng neo

thì cả bó hết tác dụng lực căng.
 Cốt thép căng ngoài làm việc không dính bám nên có độ võng
lớn hơn.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
5
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
CHƯƠNG 2:
CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY RA HƯ
HỎNG TRONG CẦU BTCT
2.1. Các dạng hư hỏng thường gặp:
Trong quá trình khai thác sử dụng, các công trình cầu BTCT đã xuất
hiện một số khuyết tật:
2.1.1. Xuất hiện vết nứt: (nứt bản mặt cầu, nứt dầm ngang, dầm dọc…)
Bêtông là vật liệu chòu nén tốt, khả năng chòu kéo kém, do đó các vết
nứt thường xuất hiện trong các vùng bêtông chòu kéo. Các vết nứt này
dần dần mở rộng và gia tăng gây ảnh hưởng bất lợi đến khả năng khai
thác của công trình. Khi xuất hiện các vết nứt, nước sẽ ngấm vào bên
trong cấu kiện, làm gỉ, gây sự trương nở cốt thép dẫn đến khả năng dính
bám giữa bêtông và cốt thép ngày càng giảm đi.
Vết nứt bản mặt cầu và dầm ngang sẽ làm mất đi tính toàn khối,
không còn khả năng phân bố lực đồng đều lên các dầm, khi đó dầm sẽ
chòu lực cục bộ.
Vết nứt dầm dọc làm giảm khả năng phân phân bố nội lực trong các
dầm dọc, dẫn đến dầm bò biến dạng không đều.
2.1.2. Vỡ bêtông:
Khi bêtông bò vỡ làm giảm tiết diện cấu kiện, cốt thép bò lòi ra ngoài
và dễ bò ăn mòn. Khi cốt thép bò gỉ gây sự trương nở thể tích dẫn đến khả
năng dính bám giữa bêtông và cốt thép ngày càng giảm đi. Trường hợp
cốt thép bò đứt, gãy sẽ gây biến dạng, mất ổn đònh cấu kiện gây ảnh
hưởng bất lợi đến khả năng khai thác của công trình.

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
6
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
2.1.3. Khuyết tật bề mặt:
Các khuyết tật bề mặt: rổ tổ ong, sự phân rã, vết nứt,…cũng thường
xuất hiện trong kết cấu BTCT do ảnh hưởng của môi trường làm giảm
khả năng khai thác của công trình.
2.2. Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình:
Có nhiều nguyên nhân gây hư hỏng công trình, sau đây là một số
nguyên nhân thường xảy ra:
2.2.1. Do thi công:
 Lớp bêtông bảo vệ cốt thép không đủ.
 Bảo dưỡng bêtông không đảm bảo.
 Sai sót trong quá trình căng cáp.
 Sự cố khi tháo lắp coffa.
 Bêtông không được đầm nén tốt khi thi công…
2.2.2. Do vật liệu:
Bêtông và cốt thép là những loại vật liệu rất nhạy cảm với các điều
kiện môi trường. Dưới tác động của môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, hóa
học…) bêtông và cốt thép sẽ bò suy thoái theo thời gian:
 Bêtông bò nứt, bong tróc do sự thay đổi nhiệt độ đột ngột của
môi trường.
 Bêtông bò thấm nước, dẫn đến sự xâm thực của nước, gây gỉ
thép.
 Bề mặt bêtông tiếp xúc trực tiếp với CO
2
sẽ bò mất tính kiềm.
 Cốt thép bò gỉ do tác động của môi trường trước khi đổ bêtông.
 Bêtông không đủ cường đôï chòu nén khi căng cáp.
 Bêtông bò ăn mòn dưới tác động môi trường.

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
7
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
2.2.3. Do thiết kế:
Trong quá trình thiết kế chọn sai sơ đồ tính, áp dụng các nguyên lý
tính toán, kiểm toán sai, dẫn đến kết quả cốt thép bố trí không đúng với
sơ đồ làm việc thực của kết cấu.
2.2.4. Do khai thác, duy tu, bảo dưỡng:
Trong quá trình khai thác, do nhu cầu vận tải ngày càng lớn trong khi
tuổi thọ của công trình lại tăng, sẽ không đảm bảo khả năng chòu lực, nếu
không có biện pháp duy tu sữa chữa kòp thời sẽ dẫn đến công trình bò hư
hỏng, phá hoại.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
8
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
CHƯƠNG 3:
CÁC BIỆN PHÁP SỮA CHỮA, TĂNG CƯỜNG
3.1. Đúc thêm bản mặt cầu:
Một số cầu, trong quá trình khai thác bản mặt cầu bò nứt ảnh hưởng
đến tính toàn khối của công trình, lúc này các dầm mất đi khả năng cùng
nhau làm việc. Khi đó cần phải đúc thêm bản mặt cầu nằm trên bản mặt
cầu cũ.
Biện pháp này sẽ làm cho độ cứng của bản tăng lên, tạo sự phân bố áp
lực đồng đều hơn. Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm: tải trọng của
hệ tăng lên do phần bản mặt cầu đúc thêm (lúc này cần phải kiểm tra lại
khả năng chòu lực của các kết cầu mố trụ).
3.2. Đúc thêm dầm ngang:
Với những cầu BTCT lắp ghép khẩu độ nhỏ, khi các cáp ngang căng
sau của kết cấu nhòp bò đứt, hoặc chùng, liên kết ngang của kết cấu nhòp
bò giảm yếu làm xuất hiện những vết nứt dọc theo khe nối các dầm làm

cho các dầm chủ làm việc độc lập nhau. Khi đó cần tăng cường độ cứng
bằng cách tạo thêm các dầm ngang mới và bổ sung thêm các cáp DƯL tại
các dầm ngang đầu nhòp.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
9
13700
10500 2000500 700
VẾT NỨT MẶT CẦU
VẾT NỨT MẶT CẦU
PHẦN BMC ĐÚC THÊM
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Biện pháp này góp phần làm tăng độ cứng của hệ, tạo sự phân bố áp
lực đồng đều hơn. Tuy nhiên biện pháp này cũng làm tăng tải trọng công
trình, ảnh hưởng đến sự làm việc của các kết cấu bên dưới.
3.3. Dán bản thép ngoài tăng cường dầm chủ:
Hiện nay đã có nhiều công trình dùng phương pháp sữa chữa này: cầu
Bà Rén (Quảng Nam), cầu Trần Thò Lý (Đà Nẵng), các cầu thuộc hệ thống
đường sắt…
Các dầm BTCT bò nứt, vỡ bêtông đều có thể áp dụng biện pháp này để
sữa chữa. Phương pháp này là dùng các bản thép dày 6-10mm dán lên bề
mặt đáy hoặc mặt bên của kết cấu nhòp có xuất hiện vết nứt, chất keo dán
là keo epoxy.
Phương pháp này có tác dụng làm tăng cường khả năng chòu moment
uốn (dán trực tiếp bản thép dưới đáy dầm) và chòu lực cắt của dầm (dán
bao quanh đáy và sườn dầm).
Ưu điểm của phương pháp này là: công nghệ đơn giản, vật liệu có sẵn,
không đòi hỏi thiết bò phức tạp, thi công nhanh, giá thành rẻ, trọng lượng
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
10
DẦM NGANG TĂNG CƯỜNG DẦM NGANG ĐẦU NHỊPDẦM NGANG ĐẦU NHỊP

BẢN THÉP DÁN BÊN SƯỜN
BẢN THÉP DÁN DƯỚI ĐÁY DẦM
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
kết cấu tăng thêm không đáng kể. Tuy nhiên phương pháp nằy cũng có
một số nhược điểm: giải pháp này phụ thuộc vào chất lượng của keo dán,
bản thép thường có hiện tượng ứng suất giảm dần, sau một thời gian bản
thép sẽ bò bong bật ra khỏi bêtông.
3.4. Tạo DƯL ngoài theo phương ngang cầu:
Đây là biện pháp được dùng khá phổ biến, hiện nay rất nhiều công
trình đã sử dụng biện pháp này: cầu Sài Gòn, cầu Kinh (Thanh Đa)…
Cũng tương tự như biện pháp tăng cường thêm dầm ngang, nhưng ở
đây để hạn chế tăng thêm tải trọng ta dùng DƯL ngoài cho việc tăng
cường độ cứng của hệ thay vì đúc thêm dầm ngang.
Ưu điểm của biện pháp này là tónh tải tăng không đáng kể, tăng được
tính liền khối của kết cấu nhòp và việc phân bố tải trọng cho các dầm chủ
đồng đều hơn. Tuy nhiên biện pháp nay đòi hỏi thi công với độ chính xác
cao.
3.5. Tạo DƯL ngoài theo phương dọc cầu:
Khi khả năng chòu moment của dầm chủ không đủ thì phương pháp
tạo DƯL ngòai theo phương dọc cầu là rất cần thiết. Cốt thép DƯL đặt
dọc dầm tạo moment ngược chiều, chống lại moment do tải trọng gây ra.
Phương pháp này còn có tác dụng làm liên tục hóa các dầm giản đơn.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
11
13700
10500 2000500 700
CĂNG CÁP DƯL NGOÀI
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Ưu điểm của phương pháp này làm gia tăng khả năng chòu tải của
công trình, tải trong không tăng đáng kể, hạn chế hiện tượng làm việc,

biến dạng không đồng đều của dầm chủ.
Nhược điểm: phương pháp này đòi hỏi trong thi công cần trang bò máy
móc chuyên dùng và thi công đòi hỏi độ chính xác cao.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
12
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
CHƯƠNG 4:
CÁC GIẢI PHÁP DÙNG DƯL NGOÀI ĐỂ SỬA CHỮA CẦU
Cáp DƯL ngoài truyền lực nén vào dầm thông qua các bộ phận kết
cấu gắn vào dầm (nằm ngoài tiết diện chòu lực) được gọi là bộ phận neo
cáp và bộ phận truyền lực trung gian. Các bộ phận neo cáp DƯL ngoài
tuỳ theo cách cấu tạo mà có thể được gọi là dầm neo, bản neo, vấu neo
vv Với mỗi công trình, căn cứ theo đặc điểm cấu tạo và hiện trạng của
kết cấu hiện tại, theo yêu cầu kỹ thuật về sửa chữa mà lựa chọn giải pháp
cấu tạo và đặt bộ phận neo cáp DƯL ngoài cho phù hợp. Sau đây là một
số các giải pháp về bộ phận neo cáp DƯL ngoài:
4.1 Bố trí theo phương ngang:
Giải pháp này được thực hiện bằng cách khoan lỗ qua các dầm chủ tại
vò trí dầm ngang và đặt các bó cáp DƯL ngoài theo phương ngang để tái
tạo lại liên kết ngang cho hệ dầm. Các ụ neo được liên kết với dầm ngang
cũ thông qua các thanh bulông cường độ cao như hình vẽ:
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
13
DẦM NGANG
Ụ NEO
CÁP DƯL NGOÀI
BULÔNG
CƯỜNG ĐỘ CAO
DẦM CHỦ
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa

4.2 Bố trí theo phương dọc:
Nơi đặt có thể là dầm ngang đầu dầm hoặc các dầm ngang trung gian
cũng như bản ngăn, ở những bộ phận này cần khoan các lỗ cho cáp ngoài
cùng ống dẫn của nó đi qua (hoặc có thể dùng ụ chuyển hướng)
 Neo đặt trực tiếp vào kết cấu chủ thể:
 Neo đặt vào các bộ phận kết cấu đặt bổ sung:

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
14
DẦM NGANG ĐẦU NHỊP CÁP DƯL NGOÀI
DẦM NGANG TRUNG GIAN
CẤU KIỆN BỔ SUNG
DẦM CHỦ
CÁP DƯL NGOÀI
DẦM NGANG ĐẦU NHỊP
DẦM NGANG TRUNG GIAN
Ụ CHUYỂN HƯỚNG
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Với phương pháp này, các bộ phận kết cấu đặt bổ sung (dầm ngang
chuyển hướng cáp, dầm ngang neo…) cần phải tạo ứng lực ngang bổ sung
để tăng độ cứng và khả năng chòu lực của cấu kiện
Phương pháp này khi thi công cần hết sức lưu ý tránh ảnh hưởng đến
cáp DƯL của dầm hiện hữu
4.3 Cấu tạo kết cấu bêtông dưl ngoài:
4.3.1. Cáp DƯL :
Hệ thống cáp DƯL ngoài bao gồm nhiều bó cáp, mỗi bó cáp gồm
nhiều tao. Các tao này đặt trong bó cáp được bơm mỡ để chống gỉ, đồng
thời tạo được sự linh động trong khi căng, giảm ma sát với thành ống.
Các bó cáp được đặt trong ống nhựa bơm mỡ hoặc sáp (đối với DƯL
ngoài).

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
15
BƠM MỢ
ỐNG NHỰA (HDPE)
BÓ CÁP
TAO THÉP
DẦM NGANG NEO
DƯL DÍNH BÁM DƯL TĂNG CƯỜNG DỌC CẦU
DẦM NGANG CHUYỂN HƯỚNG CÁP
DƯL CẦU HIỆN HỮU
DẦM NGANG NEO
DƯL DÍNH BÁM
DƯL TĂNG CƯỜNG DỌC CẦU
DƯL CẦU HIỆN HỮU
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
4.3.2. Cốt thép cường độ cao không gỉ:
Đó là các thanh thép cường độ cao dùng cho việc liên kết các ụ neo
vào kết cấu khi tạo DƯL ngoài. Loại thép này là thép hợp kim (crôm,
nikel, đồng…) và các thành phần phi kim khác (cacbon, silic…), khi sử
dụng các loại thép này cần lưu ý: do không được bảo vệ nên tránh tiếp
xúc với các chất dễ ăn mòn như muối, axit, …
4.3.3. neo:
Để truyền lực DƯL vào kết cấu cần phải có những điểm neo cáp, đó là
ụ neo. neo được cấu tạo bằng thép hoặc bêtông. Khi bố trí các ụ neo
nên tránh những vò trí có vết nứt và nên bố trí đối xứng để hạn chế tối đa
hiện tượng lệch tâm, bêtông ụ neo nên chọn sao cho tương xứng với
bêtông thành dầm. Bề mặt ụ neo nên được lắp hộp bảo vệ để chống các
tác nhân ăn mòn.
4.3.4. chuyển hướng:
Để phát huy hết khả năng truyền lực vào kết cấu, cáp DƯL thường

được bố trí đi sát biểu đồ moment uốn của cấu kiện, khi đó cần bố trí các
bộ phận chuyển hướng cáp, đó là ụ chuyển hướng. Các ụ chuyển hướng
được đặt tại vò trí như đáy dầm ngang, hình dạng của các ụ neo phải phù
hợp với dạng đường trục của cáp DƯL.
4.3.5. ng dẫn và phụ kiện:
Do không nằm trong kết cấu bêtông nên cáp DƯL ngoài cần phải được
bảo vệ để chống gỉ, được bao bọc bên ngoài bởi các ống thép hoặc nhựa:
ống thép là các loại ống cứng, tráng kẽm 2 mặt, bề dày tối thiểu 2mm,
ống nhựa là loại ống HDPE, chiều dày của ống được chọn tùy thuộc vào
từng loại thép DƯL.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
16
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
CHƯƠNG 5:
NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN DƯL NGOÀI
5.1. nh hưởng của DƯL ngoài đến kết cấu cũ:
Trường hợp đặt hệ cáp ngang, các bó cáp DƯL sẽ liên kết các phiến
dầm lại với nhau, khi độ cứng của hệ tăng lên, sự phân bố tải trọng trong
toàn hệ sẽ được cải thiện.
Trường hợp đặt cáp dọc theo dầm chủ:
 Tăng khả năng chòu moment uốn khi có tải trọng tác dụng.
 Liên tục hóa các dầm giản đơn thành dầm liên tục, phân bố lại
nội lực.
 Làm hạn chế sự phát triển vết nứt trong hệ dầm.
5.2. Tính mất ổn đònh hình dạng trong kết cấu DƯL ngoài:
Đối với DƯL ngoài, hiện tượng lệch tâm thường xuyên xảy ra làm cho
kết cấu bò biến dạng về mặt hình dạng, do đó cần tính toán chặc chẽ và
co cấu tạo hợp lý để tránh hiện tượng bò biến dạng hình dạng, sau đây là
cách hạn chế hiện tượng trên:
• Khi chiều dài cáp quá lớn cần bố trí các điểm liên kết cáp

DƯL vào kết cấu
• Bố trí cáp DƯL đối xứng hai bên kết cấu, các ụ neo, ụ
chuyển hướng cũng cần đặt đối xứng để hạn chế hiện tượng
bò nén lệch tâm.
5.3. Tính toán dao động cho cáp:
Do cáp DƯL chỉ liên kết vào kết cấu cũ thông qua các ụ neo hai đầu
và các ụ chuyển hướng, do đó trong khoảng giữa cáp và bêtông sẽ không
cùng giao động, sẽ dẫn đến xảy ra tình trạng cộng hưởng đứt cáp. Do đó
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
17
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
khi tính toán cần kiểm tra chu kỳ dao động, xem xét đến khả năng bò đứt
cáp.
Chu kỳ dao động của cáp DƯL ngoài:
σ
ρ
g
lT
cc
2=
Chu ký dao động của dầm:
gEJ
Pl
T
d
d
4
5
π
=

Với: l
c
: chiều dài cáp giữa 2 điểm cố đònh. (m)
g : gia tốc trọng trường. (m/s
2
)
ρ : trọng lượng riêng của cáp. (kg/m
3
)
σ : ứng suất kéo trong cáp. (kg/m
2
)
l
d
: chiều dài dầm. (m)
P : trọng lượng 1m dài dầm. (kg)
EJ : độ cứng chống uốn của dầm. (kgm
2
)
Trong tính toán ta chọn sao cho chiều dài cáp giữa 2 điểm cố đònh phù
hợp để không xảy ra hiện tượng cộng hưởng (T
c
≠ T
d
)
5.4. Tính các mất mát ứng suất:
Trong quá trình thi công và khai thác, cần quan tâm tính toán các dạng
mất mát ứng suất trong cáp DƯL ngoài:
5.4.1. Mất mát ứng suất do co ngót
σ

1
và từ biến bêtông
σ

2
:
φϕσεσσ
τ








+=+
b
d
bdc
E
E
E
21
Trong đó:
ε
c
và ϕ
τ

: các giá trò cuối cùng của biến dạng tương đối do co ngót
và của đặc trưng từ biến, chọn tùy theo tuổi bêtông ở
thời điểm nén bêtông, mác bêtông, điều kiện cứng
bêtông, thông thường: ϕ
τ
= 1.5 – 3.0; ε
c
= 0.00005 – 0.00015
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
18
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
σ
b
: ứng suất trong bêtông ở thớ qua trọng tâm cốt thép đang
xét do DƯL có kể đến mất mát ứng suất gây ra (với kéo
sau, xét đến 0.5σ
3
, σ
4
, và σ
5
)
φ : hàm số xét tới ảnh hưởng kéo dài theo thời gian của hiện
tượng co ngót và từ biến bêtông đến trò số các mất mát
DƯL
5.4.2. Mất mát
σ

3
do tự chùng cốt thép:

Đối với các bó thép cường độ cao, dây cáp, mất mát được tính như
sau:
d
tc
d
d
R
σ
σ
σ








−= 1.027.0
3
Trong đó:
σ
d
: Ứng suất cốt thép có xét đến mất mát xuất hiện cho đến cuối
thời kỳ nén bêtông
tc
d
R
: cường độ tiêu chuẩn của thép DƯL
5.4.3. Mất mát ứng suất

σ

4
do trượt neo:
Trước khi bò neo giữ chặt, cáp sẽ bò trượt tương đối so với neo, dẫn đến
thép bò chùng và mất mát ứng suất:
T
E
L
L∆
=
4
σ
Trong đó:
∆L : biến dạng cục bộ của neo
L : chiều dài cốt thép DƯL đang tính
E
T
: modun đàn hồi của cốt thép DƯL
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
19
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
5.4.4. Mất mát ứng suất
σ

5
do ma sát:
Hiện tượng này xảy ra do ma sát giữa cáp với cáp, cáp với thành ống,
và tại các vò trí chuyển hướng:
Mất mát ứng suất do ma sát với thành ống:

( )
)3.1(
5
1
µθ
σσ
+−
−=
kx
KT
e
Trong đó:
σ
KT
: ứng suất kéo trong cáp ban đầu sau khi trừ đi các mất mát ở
neo (kg/m
2
).
x : khoảng cách từ tiến diện đang xét tới đầu neo (m)
θ : tổng các góc chuyển hướng cáp trên toàn bộ chiều dài đoạn x
(radian)
k : hệ số xét đến sự sai lệch cục bộ của các đoạn ống thẳng và
cong so với vò trí thiết kế
µ : hệ số ma sát trượt của cáp với ống, phụ thuộc vào chất liệu
ống dẫn
Mất mát ứng suất do ma sát với các neo đònh vò chỗ uốn:
d
F
P
µ

σ
=
5
Trong đó:
µ : hệ số ma sát với các neo đònh vò chỗ uốn
P : Ứng lực thành phần trong cốt thép bò uốn, truyền lên các neo
đònh vò chỗ uốn
F
d
: Diện tích mặt cắt cốt thép chòu uốn
5.4.5. Mất mát ứng suất
σ

7
do co ngắn đàn hồi của bêtông:
Đối với kết cấu kéo sau:
Zn
b
**
7
σσ
∆=
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
20
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Trong đó:
∆σ
b
: ứng suất bêtông ở thớ qua trọng tâm cốt thép, gây ra do căng
một cốt thép (đã xét đến σ

4
và σ
5
)
Z : số cốt thép được căng sau khi căng bó mà ta muốn xác đònh
sự giảm ứng suất
n : tỉ số modun đàn hồi thép DƯL và bêtông
5.5. Tính duyệt kết cấu theo TTGH sử dụng :
 Mục đích của DƯL : là tạo ra trong trong kết cấu các ứng suất trước
nhằm bù trừ cho các ứng suất do tải trọng sinh ra:
[ ] [ ] [ ] [ ]
CPTTDUL
σσσσ
≤+=
Trong đó:
[ ]
DUL
σ
: ứng suất sinh ra do DƯL
[ ]
TT
σ
: ứng suất do tải trọng tác dụng
[ ]
CP
σ
: ứng suất cho phép
 Mục đích của DƯL tăng cường : là tạo ra trong trong kết cấu cũ các
ứng suất trước tăng cường nhằm tăng khả năng bù trừ các ứng suất do tải
trọng sinh ra :

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
'
DUL TT DUL CP
σ σ σ σ σ
= + + ≤
Trong đó:
[ ]
'
DUL
σ
: ứng suất sinh ra do DƯL tăng cường
 Lực căng trong cáp được xác đònh như sau:
( )
haoTKTT
FN
σσ
−=
Trong đó:
[ ]
TK
σ
: ứng suất tiêu chuẩn của cáp DƯL
[ ]
ao
h
σ
: tổng mất mát ứng suất trong cáp DƯL
F
T
: diện tích cáp DƯL

 Khi cáp đặt lệch tâm, ta được các ứng suất sau:
d
T T
c d
T td
N N e
y
F I
σ
= +
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
21
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
t
T T
c t
T td
N N e
y
F I
σ
= −
 Ứng suất trong dầm :
Ứùng suất nén : dấu (+)
Ứùng suất kéo : dấu (-)
 Trong quá trình căng cáp (chưa có hoạt tải tác dụng), dầm sẽ làm
việc với cáp DƯL ngoài, DƯL trong và tónh tải của dầm:
' ' '
'
' ' '

'
d
T T T T TT
TC d d d
T td T td td
t
T T T T TT
TC t t t
T td T td td
N N e N N e M
y y y
F I F I I
N N e N N e M
y y y
F I F I I
σ
σ
 
= + + + −
 ÷
 
 
= − + − +
 ÷
 
 Khi có hoạt tải tác dụng:
' ' '
'
' ' '
'

d
T T T T TT HT
KT d d d
T td T td td
t
T T T T TT HT
KT t t t
T td T td td
N N e N N e M M
y y y
F I F I I
N N e N N e M M
y y y
F I F I I
σ
σ
 
+
= + + + −
 ÷
 
 
+
= − + − +
 ÷
 
Trong đó:
d
TC
σ

,
t
TC
σ
: ứng suất do thi công gây ra thớ trên và dưới tiết diện
d
KT
σ
,
t
KT
σ
: ứng suất khai thác gây ra thớ trên và dưới tiết diện
TT
M
,
HT
M
: moment do tónh tải và hoạt tải gây ra
'
,
TT
NN
: lực căng của DƯL trong và ngoài sau khi trừ mất mát
ứng suất
'
,
TT
FF
: diện tích của DƯL trong và ngoài

e, e’ : độ lêch tâm của DƯL trong và ngoài
F
td
: diện tích dầm khi có DƯL ngoài
I
td
: moment quán tính tương đương của dầm
y
d
, y
t
: khoảng cách từ trọng tâm dầm đến thớ dưới và thớ
trên
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
22
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
 Tính duyệt theo TTGH sử dụng :
5.5.1. Kiểm tra ứng suất nén thớ trên bê tông trong quá trình khai thác :
[ ]
' ' '
'
T T T T TT
KT t t t n
T td T td td
N N e N N e M
y y y
F I F I I
σ σ
 
= − + − + ≤

 ÷
 

Với
[ ]
n
σ
: ứng suất nén cho phép trong bê tông giai đoạn khai thác
phụ thuộc tổ hợp tải trọng của TTGH sử dụng, tra bảng 5.9.4.2.1-1.
[ ] [ ]
0.45 ,0.4 , 0.6 ,
n c c c
f f f
σ
=
TT
M
: Moment do tải trọng tác dụng (tónh tải + hoạt tải)
5.5.2. Kiểm tra ứng suất kéo thớ dưới bê tông trong quá trình khai thác :
[ ]
' ' '
'
T T T T TT
KT d d d k
T td T td td
N N e N N e M
y y y
F I F I I
σ σ
 

= + + + − ≥
 ÷
 

Với
[ ]
k
σ
: ứng suất kéo cho phép trong bê tông giai đoạn khai thác
phụ thuộc diều kiện ăn mòn cốt thép dự ứng lực, tra bảng 5.9.4.2.2-1.
[ ]
'
0.5
k
c
f
σ
= −
TT
M
: Moment do tải trọng tác dụng (tónh tải + hoạt tải)
5.5.3. Kiểm tra ứng suất kéo thớ trên bê tông trong quá trình thi công :
[ ]
' ' '
'
T T T T TT
KT t t t k
T td T td td
N N e N N e M
y y y

F I F I I
σ σ
 
= − + − + ≥
 ÷
 

Với
[ ]
k
σ
: ứng suất kéo cho phép trong bê tông giai đoạn thi công
phụ thuộc cốt thép dính bám trong vùng kéo của cấu kiện, tra bảng
5.9.4.1.2-1.
[ ]
'
0.58
k c
f
σ
= −
TT
M
: Moment do tải trọng tác dụng (tónh tải)
5.5.4. Kiểm tra ứng suất nén thớ dưới bê tông trong quá trình thi công :
[ ]
' ' '
'
T T T T TT
KT d d d n

T td T td td
N N e N N e M
y y y
F I F I I
σ σ
 
= + + + − ≥
 ÷
 
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
23
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Với
[ ]
n
σ
: ứng suất nén cho phép trong bê tông giai đoạn thi công
lấy theo điều 5.9.4.1.1
[ ]
'
0.6
n c
f
σ
=
TT
M
: Moment do tải trọng tác dụng (tónh tải)
5.6. Kiểm tra ảnh hưởng đến các bộ phận cấu tạo:
5.6.1. Lực nén cục bộ đầu neo :

em
em
T
R
F
N
≤
N
T
: Lực căng DƯL
F
em
: Diện tích ép mặt
R
em
: Giới hạn cường độ ép mặt tính toán
5.6.2. Lực ép xiết các ụ neo chống trượt:
Tp
NNmm ≥
21
m
1
, m
2
: Các hệ số
N
p
: Lực xiết ép
N
T

: Lực căng DƯL
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
24
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
CHƯƠNG 6:
MỘT SỐ VÍ DỤ ỨNG DỤNG DƯL NGOÀI TRONG VIỆC
SỮA CHỮA, NÂNG CẤP CẦU
6.1. Công trình cầu chữ Y - Thành phố Hồ Chí Minh:
Tăng cường và sửa chữa bằng cách bổ sung một hệ thống DƯL mới
đặt ngoài bê tông tại phần dầm 18,6m. DƯL ngoài được thực hiện thông
qua lực căng của các bó dây cáp 4T13 và 6T13 (tức là mỗi bó cáp gồm 4
và 6 tao cáp xoắn đường kính 13mm). Các tao cáp T13 nằm trong ống chất
dẻo bơm đầy mỡ. Bó cáp nằm trong ống bơm đầy vữa xi măng.
Các bó cáp được neo vào các dầm chủ của cầu qua các vấu neo bằng
BTCT mác 400. Các khối neo có kích thước 40x40cm và được gắn cố đònh
vào thành dầm nhờ liên kết dạng bu lông cường độ cao thông qua các
thanh thép cường độ cao được chế tạo đặc biệt (thanh MACALLOY)
đường kính D36 - dùng 6 thanh.
Sau khi sửa chữa, nâng cấp, công trình khai thác tốt, tải trọng khai
thác tăng từ HS2-44 (tương đương với H18) lên H30.
6.2. Công trình Cầu Niệm - Hải Phòng:
Thay thế toàn bộ hệ thống DƯL cũ tại phần hẫng bằng một hệ thống
DƯL mới đặt ngoài bê tông. DƯL ngoài được thực hiện bằng các bó cáp
12T13 và 6T13. Các bó cáp gồm các tao cáp được bọc mỡ và nằm trong
ống HDPE bơm đầy vữa xi măng.
Các bó cáp được neo vào kết cấu nhòp cầu thông qua qua các khối neo
bằng BTCT mác 400. Các khối neo có kích thước 80x40cm và được gắng cố
đònh trên các bản bụng của dầm hộp bằng các thanh MACALLOY đường
kính D32mm - dùng 8 thanh.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu

25