Ứng dụng dưl ngoài trong sửa chữa nâng cấp cầu

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 ve à ca à u 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 ca à u 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 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
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
1
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
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
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.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
2
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
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.
 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
3
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
4
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
2.1.3. Khuyết tật be à ma ë t:
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.
2.2.3. Do thiết kế:
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
5
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
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.
CHƯƠNG 3:
CÁC BIỆN PHÁP SỮA CHỮA, TĂNG CƯỜNG
3.1. Đúc thêm bản mặt ca à u:
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 da à m 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
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
6
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
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.
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 da à m chu û :
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).

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
7
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
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 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 ca à u:
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 ca à u:
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
8
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.
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
9
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
10
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).
4.3.2. Cốt thép cường độ
cao không gỉ:

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
11
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
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
12
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 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=
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
13
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
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

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
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
14
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
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
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
).
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
15
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
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 ho à i cu û a be â to â ng:
Đối với kết cấu kéo sau:

Zn
b
**
7
σσ
∆=
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

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
16
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
[ ]
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
= +
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
 
+
= + + + −
 ÷

 
 
+
= − + − +
 ÷
 
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
17
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
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
 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)

Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
18
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
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
 
= + + + − ≥
 ÷
 
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 đa à u 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
19
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 ca à u ch ữ Y - Tha ø nh phố Ho à Ch í 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 Ca à u Nie ä m - Ha û i Pho ø ng:
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
20
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Sau khi sửa chữa, nâng cấp, công trình khai thác tốt, tải trọng khai thác tăng từ
H18 lên H30.
6.3. Công trình Ca à u Ta â n Thua ä n - TP. Ho à Ch í Minh:
Công tác sửa chữa, tăng cường được tiến hành bao gồm: Củng cố tăng cường
vòm bê tông, vòm thép bằng cáp DƯL ngoài bằng các bó cáp loại 4T13, 6T13 và
6T15 theo phương dọc và ngang cầu.
Các bộ phận neo cáp DƯL ngoài tỳ trực tiếp vào bề mặt dầm dọc bê tông đối
với phần kết cấu nhòp bê tông hoặc thông qua vấu neo thép hàn vào dầm dọc thép
đối với phần kết cấu nhòp thép.
Sau khi sửa chữa, nâng cấp, công trình khai thác tốt, tải trọng khai thác tăng từ
HS20 (tương đương với H18) lên H30.
6.4. Công trình Ca à u An D ươ ng - Ha û i Pho ø ng:
Bổ sung hệ thống DƯL ngoài tại các phần hẫng bằng một hệ thống DƯL theo
chiều dọc đặt ngoài bê tông, bố trí phía trong lòng dầm hộp. Hệ thống DƯL-N gồm
cáp 12T15, được bôi mỡ và bọc trong ống HDPE bơm xi măng.
Các dây cáp được neo vào các dầm ngang dạng bản ngăn BTCT mác 400 đúc
bổ sung bên trong dầm hộp, các dầm ngang được cố đònh trên các bản đáy, bản mặt
trên và bản bụng của dầm hộp bằng cốt thép và thanh HLE. Loại neo dùng cho cáp
DƯL là loại 12K15 của Freyssinet.
Sau khi sửa chữa, nâng cấp, công trình khai thác tốt, tải trọng khai thác tăng từ
H18 lên H30.

6.5. Công trình Ca à u Sa ø i Go ø n - TP. Ho à Ch í Minh:
Cầu Sài Gòn được gia cố bằng một hệ thống DƯL mới đặt ngoài bê tông theo
chiều dọc và ngang cầu. Việc DƯL ngoài thực hiện bằng các dây cáp 4T15 và
7T15, được bôi mỡ và bọc mỡ nằm trong ống HDPE bơm xi măng chạy dọc theo
chiều dọc cầu liên kết 4 nhòp, 5 nhòp dẫn giản đơn thành hệ dầm liên tục.
Dầm ngang được DƯL bằng cáp 4T15 và 6T15 tuỳ vò trí.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
21
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Các dây cáp được neo vào kết cấu dầm qua các dầm ngang đổ bổ sung tại vò trí
cách dầm ngang đầu dầm 1m bằng BTCT mác 400. Các dầm ngang này được cố
đònh vào thành dầm hộp bằng cốt thép và các thanh neo có cường độ cao (thanh
MACALLOY) đường kính D36 - dùng 4 thanh.
Sau khi sửa chữa, nâng cấp, công trình khai thác tốt, tải trọng khai thác tăng từ
HS20-44 (tương đương H18) lên H30.
CHƯƠNG 7:
KẾT LUẬN
Phương pháp ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa và nâng cấp cầu là phương
pháp mang lại hiệu quả rất cao, không chỉ cho việc khôi phục lại khả năng làm
việc của kết cấu mà còn nâng cao thêm khả năng chòu lực cho kết cấu hiện hữu,
không chỉ tác động hữu ích cho một kết cấu hay bộ phận kết cấu mà còn tác động
làm thay đổi sơ đồ làm việc vốn có của kết cấu hiện hữu (liên tục hoá các nhòp
giản đơn). Bởi vậy DƯL ngoài được coi là phương pháp phổ biến nhất, có độ tin
cậy cao trong việc sửa chữa, nâng cấp các công trình cầu cũ bê tông cốt thép
thường, cầu thép cũng như cầu BTCT DƯL.
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
22
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS. PTS NguyễnViết Trung, KS. Hoàng Hà. Giáo trình cầu BTCT tập 1. Nhà

xuất bản giao thông vận tải Hà Nội - 1999
2. GS. TS. NguyễnViết Trung, TS. Lê Thò Bích Thủy, KS. Nguyễn Đức Thò Thu Đònh.
Công nghệ dán bản thép gia cố sửa chữa cầu và kết cấu BTCT. Nhà xuất bản xây
dựng Hà Nội - 2006
3. PGS. PTS Nguyễn Viết Trung. Khai thác và kiểm đònh cầu
4. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 272-05
5. PGS. TS Nguyễn Viết Trung, TS. Hoàng Hà, ThS. Đào Duy Lâm.Các ví dụ tính
toán cầu BTCT. Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội 2004
6. Hồ sơ thiết kế sủa chữa cầu Hòa Lộc – QL 60 – Bến Tre
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
23
Tiểu luận Cầu BTƯST nhòp lớn GVHD: TS. Vũ Xuân Hòa
Đề tài: Ứng dụng DƯL ngoài trong sửa chữa, nâng cấp cầu
24