Đánh giá năng lực chịu tải của một số cầu trên hệ thống giao thông thuộc tỉnh trà vinh và giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

`

PHẠM VĂN TÂN

ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA
MỘT SỐ CẦU TRÊN HỆ THỐNG GIAO THÔNG
THUỘC TỈNH TRÀ VINH VÀ GIẢI PHÁP
THIẾT KẾ NÂNG CẤP SỬA CHỮA

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Mã số

: 60.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐHĐN

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN MỸ

Phản biện 1: TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY

Phản biện 2: TS. NGUYỄN LAN

Luận văn đã bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông, họp
tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 15 tháng 10 năm 2017.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học
Bách khoa
 Thư viện Khoa Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông,
Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đối với hệ thống Đường tỉnh và Đường huyện, có 141 cầu
đang khai thác, trong đó cầu bê tông cốt thép có 108 cầu và cầu thép
có 33 cầu. Các tuyến này đã cho thấy nhiều hạn chế như hệ thống
giao thông chưa đồng bộ và đặc biệt là còn rất nhiều cầu yếu
(khoảng 37 cầu). Điều này dẫn đến chưa đảm bảo được nhu cầu cấp
thiết về vận chuyển hàng hóa cũng như tồn tại nguy cơ tiềm ẩn gây
mất an toàn giao thông.
Trên cơ sở đó, nhằm đáp ứng các nhu cầu trên cùng với
nguồn vốn đầu tư xây dựng cơ bản của tỉnh còn hạn chế thì việc
đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp thiết kế nâng cao năng lực
chịu tải của một số cầu trên địa bàn tỉnh Trà Vinh là rất cần thiết và
cấp bách.
2. Đối tƣợng nghiên cứu
Đề tài tiến hành nghiên cứu đánh giá năng lực chịu tải của cầu
và đề xuất giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa một số cầu (cầu bê

tông cốt thép và cầu thép) trên hệ thống Đường huyện và Đường
tỉnh trên địa bàn tỉnh Trà Vinh.
3. Phạm vi nghiên cứu
Đánh giá năng lực chịu tải của một số cầu trên hệ thống
Đường huyện và Đường tỉnh trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. Đề xuất 2
cầu: 1 cầu BTCT và 1 cầu thép.
Đề xuất các giải pháp thiết kế nâng cấp sửa chữa cho các cầu
nói trên.
4. Mục tiêu nghiên cứu
4.1. Mục tiêu tổng quát
Đánh giá năng lực chịu tải và đưa ra phương án nâng cấp sửa
chữa một số cầu trên địa bàn tỉnh Trà Vinh.


2
4.2. Mục tiêu cụ thể
Đánh giá và phân loại các dạng hư hỏng của hệ thống các cầu
trên địa bàn tỉnh.
Đánh giá năng lực chịu tải của một số cầu đặc trưng (1 cầu
BTCT và 1 cầu thép) thuộc hệ thống cầu được thống kê.
Đề xuất các phương án thiết kế sửa chữa và nâng cấp năng
lực chịu tải của các cầu nói trên. Từ đó có thể đề xuất giải pháp tổng
thể cho các cầu trên toàn hệ thống.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết.
Trong đó:
- Phương pháp thực nghiệm: được áp dụng để thực hiện các
phép đo phục vụ xác định năng lực chịu tải thực tế của một số cầu
được chọn làm đối tượng nghiên cứu.
- Phương pháp lý thuyết: xây dựng mô hình tính toán lý

thuyết nhằm đánh giá năng lực của kết cấu cầu và lựa chọn giải
pháp thiết kế đáp ứng nhu cầu kinh tế - kỹ thuật.
6. Cấu trúc của luận văn
Để đạt được mục tiêu nêu trên, luận văn trình bày trong 03
chương
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cầu trên địa bàn tỉnh Trà
Vinh
Chương 2: Cơ sở đánh giá năng lực chịu tải và các giải pháp
nâng cao năng lực chịu tải của cầu
Chương 3: Đề xuất giải pháp nâng cấp tải trọng đối với một
số cầu trên địa bàn tỉnh Trà Vinh
Kết luận và kiến nghị


3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH
1.1. SƠ LƢỢC ĐẶC ĐIỂM VÀ TÌNH HÌNH KINH TẾ-XÃ
HỘI TỈNH TRÀ VINH
1.2. HIỆN TRẠNG MẠNG LƢỚI GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA
BÀN TỈNH TRÀ VINH
1.2.1. Hệ thống đƣờng bộ
Hiện nay hệ thống giao thông trên địa bàn tỉnh toàn Tỉnh có
03 tuyến Quốc lộ, 06 tuyến Đường tỉnh và 42 tuyến Đường huyện
với tổng chiều dài 939,8 km (trong đó có trên 700 km đường nhựa)
ngoài ra còn có các tuyến đường giao thông nông thôn với tổng
chiều dài trên 2.500 km với kết cấu bằng đan bê tông cốt thép, cấp
phối,... và trên 200 km đường Đô thị được nhựa hóa.

1.2.1.1. Về Quốc lộ
Địa bàn tỉnh Trà Vinh có 03 tuyến quốc lộ: Quốc 53, Quốc lộ
54 và Quốc lộ 60 với tổng chiều dài là 236 km
1.2.1.2. Về Đường tỉnh
Có 06 tuyến đường tỉnh với tổng chiều dài là 217,52 km
1.2.1.3. Về Đường huyện
Đường huyện có 42 tuyến với tổng chiều dài 432,5 km
1.2.2. Hệ thống cầu trên đƣờng bộ
Hệ thống cầu trên địa bàn tỉnh có 192 cầu; trong đó Quốc lộ
51 cầu, Đường tỉnh 34 cầu và Đường huyện 107 cầu.
1.2.2.1. Cầu bê tông cốt thép
Tổng số lượng cầu bê tông cốt thép là 84, quy mô cầu bê tông
cốt thép v nh cửu với tổng chiều dài 4.686,18 m. Trong đó, đối với
hệ thống đường Quốc lộ có 51 cầu với tổng chiều dài là 2.631,5m,
tải trọng từ 25 đến 30 tấn trở lên; đối với hệ thống Đường tỉnh có 33
cầu với tổng chiều dài 2.595,488m, tải trọng 10 đến 18 tấn; và đối


4
với hệ thống Đường huyện có 75 cầu với tổng chiều dài 2.853,71m,
tải trọng từ 1,5 tấn đến 18 tấn.
1.2.2.2. Cầu thép
Trên địa bàn tỉnh hiện nay có 33 cầu thép với tổng chiều dài
1.094,32m, trong đó chiếm đa số là cầu thép trên Đường huyện ( 31
cầu, tổng chiều dài là 986,32m), trên Đường tỉnh (02 cầu, dài
108m). Cầu thép được đầu tư với tải trọng thấp từ 2,8 tấn đến 13
tấn, khổ cầu từ 2,7m đến 5,5 m.
1.3. HİỆN TRẠNG HƢ HỎNG CHỦ YẾU CỦA CÁC CẦU TẠİ
TỈNH TRÀ VİNH
1.3.1. Cầu trên Quốc lộ

Các cầu trên Quốc lộ được đầu tư mạnh mẽ từ năm 2000 cho
đến nay nên các cầu đảm bảo khai thác tốt có tải trọng từ 25 tấn trở
lên. Quốc lộ có 51 cầu với tổng chiều dài là 2.612,5m.
1.3.2. Cầu trên Đƣờng tỉnh
Trên hệ thống đường tỉnh có 34 cầu, với tổng chiều dài là
2.612,188m. Qua kết quả kiểm tra thực tế, chỉ có 11 cầu đã xuất
hiện các hư hỏng.
1.3.3. Một số hƣ hỏng đặc trƣng của các cầu trên địa bàn
tỉnh Trà Vinh
1.3.3.1. Các hư hỏng đặc trưng đối với kết cấu cầu thép
Rỉ ở các cấu kiện dàn chủ, phần xe chạy bản nút, cấu kiện liên
kiết, một số đinh tán bị lỏng, một số cấu kiện riêng lẻ bị biến dạng,
giằng gió bị chùn
1.3.3.2. Các hư hỏng đặc trưng đối với kết cấu cầu bê tông
cốt thép
Nhiều vết nứt trong bê tông có độ mở rộng ≤ 0.2mm, vỡ lớp
bê tông bảo hộ, lõi cốt thép ở một số chổ riêng lẻ, hư hỏng khe co
giàn, một số cầu tường mố bị lún sụp...


5
KẾT LU N CHƢƠNG 1
Từ những kết quả khảo sát các hư hỏng, trong khi ngân sách
của tỉnh Trà Vinh và Trung ương còn hạn chế chưa thể đầu tư xây
dựng mới thì việc đánh giá năng lực chịu tải của cầu để có giải pháp
sửa chữa, nâng cấp là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay; đồng
thời đánh giá lại việc cắm biển tải trọng cầu tại thời điểm khảo sát
so với QCVN 41:2016/BGTVT của Bộ GTVT để các loại xe có số
lượng trục khác nhau, có tải trọng khác nhau có thể hợp pháp qua
cầu mà không gây nguy hiểm cho kết cấu. Trên cơ sở đó đề xuất

chọn 01 cầu BTCT trên Đường tỉnh 913 và 01 cầu thép trên Đường
tỉnh 912 để tiến hành thực nghiệm và đánh giá năng lực chịu tải thực
tế của cầu. Từ đó, đề xuất các giải pháp nâng cấp sửa chữa.
CHƢƠNG 2
CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI
VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC
CHỊU TẢI CỦA CẦU
2.1. CƠ SỞ PHÁP LÝ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI
CỦA CẦU
2.1.1. Cơ sở pháp lý
2.1.2. Các phƣơng pháp thử tải cầu [2],[3]
2.1.2.1. Phương pháp thử tải với tải trọng tĩnh
2.1.2.2. Phương pháp thử tải với tải trọng động
2.1.2.3. Tải trọng thử và các sơ đồ tải trọng
Đối với thử tải động và thử tải t nh, tải trọng thử có thể là các
xe được lưu thông trên công trình. Trước khi tiến hành thử tải cần
xác định lại tải trọng thử bằng cân chuyên dụng, sai số cho phép
không được vượt quá 5%.
2.1.3. Các phƣơng pháp đánh giá cầu [2]
Theo tiêu chuẩn AASHTO, đối với công trình cầu đường bộ
hiện nay có 3 phương pháp đã dùng để đánh giá tải trọng:


6
- Đánh giá theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFR) [2].
- Đánh giá theo ứng suất cho phép (ASR) [2].
- Đánh giá theo hệ số tải trọng (LFR)[2]
2.1.4. Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng [2]
Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng bao gồm
ba nội dung: Đánh giá tải trọng thiết kế; Đánh giá tải trọng hợp pháp

và Đánh giá tải trọng cấp phép. Trong phạm vi đề tài chỉ chú trọng
đến hai cấp đánh giá tải trọng là đánh giá tải trọng thiết kế và đánh
giá tải trọng hợp pháp để đánh giá tải trọng cầu phục vụ cắm biển
hạn chế tải trọng cầu theo QCVN41:2016/BGTVT.
2.1.4.1. Đánh giá tải trọng thiết kế
Theo phương pháp đánh giá cầu theo hệ số tải trọng và sức
kháng [1][9] , tải trọng đánh giá cấp thiết kế là hoạt tải HL93. Tải
trọng đánh giá cấp thiết kế được đánh giá ở 02 cấp độ: Độ tin cậy ở
cấp độ thiết kế Inventory Rating (viết tắt là IR) và Độ tin cậy cấp
thấp hơn Operating Rating (viết tắt là OR).
Các cầu đạt với kiểm toán hoạt tải thiết kế ở cấp độ IR (hệ số
đánh giá RF ≥ 1) thì cũng đạt khi đánh giá cho tải trọng thiết kế cấp
OR và mọi tải trọng hợp pháp. Hệ số RF được xác định như sau:
C   DC DC   DW DW   P P
(2.1)
RF 
 LL 1  IM  LL
2.1.4.2. Đánh giá tải trọng hợp pháp
Tải trọng hợp pháp là các xe 3, 3-S2 và 3-3, cụ thể như sau:
- Xe 3 có ba trục, chiều dài cơ sở 5,7m, tải trọng 223kN;
- Xe 3-S2 có 5 trục, chiều dài cơ sở 12,5m, tải trọng 321kN;
- Xe 3-3 có 6 trục, chiều dài cơ sở 16,5m, tải trọng 356kN.
2.1.4.3. Đánh giá tải trọng cấp phép
Đây là cấp đánh giá tải trọng thứ ba, cấp này chỉ áp dụng cho các
cầu không cắm biển hạn chế tải trọng, ngh a là khi đánh giá tải trọng
thiết kế và đánh giá tải trọng hợp pháp có hệ số đánh giá RF ≥ 1.


7
2.1.5. Quy trình đánh giá tải trọng theo phƣơng pháp

đánh giá hệ số tải trọng và hệ số sức kháng [2]
2.1.5.1. Trình tự đánh giá
Quy trình đánh giá tải trọng phù hợp với đánh giá theo hệ số
tải trọng và hệ số sức kháng được thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1. Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp
2.1.5.2. Công thức đánh giá tải trọng
Công thức (2.1) có thể được viết gọn lại như sau:

RF 

C  DL HL

LL
LL

(2.2)

trong đó RF = hệ số đánh giá; C = khả năng chịu tải của bộ phận
đánh giá; DL= hiệu ứng của tải trọng thường xuyên; LL= Hiệu ứng
của hoạt tải đánh giá; HL= C – DL là khả năng chịu hoạt tải;
2.1.6. Tính toán khả năng chịu tải C
Đối với trạng thái giới hạn cường độ, C được xác định bởi

C  c s Rn
Đối với trạng thái giới hạn sử dụng:

(2.3)

8

C  fr

(2.4)

trong đó C : Hệ số điều kiện; s: Hệ số hệ thống; : Hệ số sức
kháng theo AASHTOLRFD; Rn: Sức kháng danh định của cấu kiện,
fR: ứng suất cho phép được quy định trong Tiêu chuẩn.
2.1.7. Hiệu ứng tải trọng [1], [2]
2.1.7.1. Hiệu ứng tĩnh tải
2.1.7.2. Hiệu ứng hoạt tải
2.2. ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI MỘT SỐ CẦU TRÊN
ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH
2.2.1. Cơ sở lựa chọn một số cầu để đánh giá và nâng cấp
tải trọng
Lựa chọn cầu Đại Sư trên đường tỉnh 912 đại diện cho cầu
thép và cầu Ba Động nằm trên đường tỉnh 913 được chọn làm đại
diện cho cầu BTCT trên địa bàn tỉnh Trà Vinh để tiến hành đánh giá
hiện trạng.
2.2.2. Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Đại Sƣ
2.2.2.1. Giới thiệu chung Cầu Đại Sư
Cầu Đại Sư nằm trên Đường tỉnh 912, tại Km16+373 thuộc
xã Tập Ngãi, huyện Tiểu Cần, là cầu dầm thép liên hợp với bản
BTCT có chiều dài 72m gồm 03 nhịp 21.0 + 30.0 + 21.0; trong đó
02 nhịp biên sử dụng dầm thép I 1100 và nhịp giữa sử dụng dầm
thép I 1.400. Hiện tại, mặt cầu lớp nhựa bảo vệ bị bong tróc, mặt cầu
bị nứt có hiện tượng thấm nước, hệ mặt cầu dao động mạnh, thân
mố bị rạn nứt, tường cánh mố bị xói và lún sụt.
2.2.2.2. Đánh giá tải trọng hợp pháp cầu Đại Sư

a. Tải trọng thử
Tải trọng thử trên cầu là một xe tải với khoảng cách và tải
trọng các trục xe được thể hiện trên bảng 2.3.


9
Bng 2.3. Khong cỏch v ti trng cỏc trc ca xe ti o
Khong cỏch trc xe
Ti trng trc xe
Stt Bin s xe
(m)
(tn)
Phng dc:
- Trc trc: 5,9
- Hai trc trc: 3,2
1 84C-028.81
- Trc gia 9,4
- Hai tr sau: 1,35
- Trc sau: 7,7
Phng ngang: 1,8
b. o c vừng cỏc dm ch vi ti trng th
c. Nhp 1, (L= 21m)
Hỡnh 2.4 v 2.5 th hin cỏc s xp ti v cỏc v trớ thit b
o chuyn v cỏc dm ch ti tit din gia nhp theo phng dc
cu v ngang cu ca nhp 1. Mt s hỡnh nh o ngoi hin trng
c ghi li trờn cỏc hỡnh 2.6 v 2.7.
sơ đồ gắn thiết bị đo nhịp 1

3200

7300
5.87T

21000
1350

9150
7.66T

9.35T

1100
Ghi chú:

T

ứng suất

T

V

V độ võng

Hỡnh 2.4. Xp ti tnh v thit b o ti gia nhp 1 dc cu
cầu suối

Thế tải đúng tâm - nhịp 1

Thế tải lệch tâm trái - nhịp 1

6300
5300

6300
5300

500

1750

500 1800

6300
500

T
V
750

T
V
2400

T
V
2400

750

500

3000

5300
3000

1150

1800

1150

1750

500

500
1800 500

1150

500

Thế tải lệch tâm phải - nhịp 1

T
V
750

Ghi chú:

T
V
2400

T

T
V
2400

ứng suất

750

V

T
V
750

T
V
2400

T
V
2400

750

độ võng

Hỡnh 2.5. Cỏc th ti v thit b o chuyn v nhp 1 ngang cu


10
Bảng 2.4. Chuyển vị của dầm chủ nhịp 21m với tải trọng thử
Hệ số phân
Chuyển vị
Stt
Thế tải
Vị trí
bố ngang
đo đạc (mm)
thực tế
1
Dầm 1
3.99
0.45
Lệch tâm
2
3

thƣợng
lƣu

4
5

Đúng tâm

6
7
8
9

Lệch tâm
hạ lƣu

Dầm 2

3.43

0.39

Dầm 3

1.44

0.16

Dầm 1

2.55

0.27

Dầm 2

3.89

0.40

Dầm 3

3.17

0.33

Dầm 1

1.45

0.16

Dầm 2

3.46

0.39

Dầm 3

4.03

0.45

d. Nhịp 2, (L= 30m)

Hình 2.8 và 2.9 thể hiện các sơ đồ xếp tải và các vị trí thiết bị đo
chuyển vị các dầm chủ tại tiết diện giữa nhịp theo phương dọc cầu
và ngang cầu của nhịp 2.
s¬ ®å g¾n thiÕt bÞ ®o nhÞp 2

3200

11800

9.35T

13650
7.66T

1500

5.87T

30000
1350

Ghi chó:

T
V

T
V

øng suÊt

®é vâng

cÇu suèi

Hình 2.8. Xếp tải tĩnh và thiết bị đo tại giữa nhịp 2 dọc cầu
Khi đo đạc được giá trị độ võng tại tiết diện giữa nhịp, hệ số
phân bố ngang của từng dầm chủ thực tế được xác định và trình bày
trên bảng 2.5. Giá trị hệ số phân bố ngang lớn nhất sẽ được sử dụng
để đánh giá hiện trạng của kết cấu nhịp 2.


11
ThÕ t¶i ®óng t©m - nhÞp 2

ThÕ t¶i lÖch t©m tr¸i - nhÞp 2

6300
5300

6300
5300

500

1750

500 1800

6300
500

T
V

T
V

T
V
2400

750

500

3000

5300
3000

1500

1800

1500

1750

500

500
1800 500

1500

500

ThÕ t¶i lÖch t©m ph¶i - nhÞp 2

T
V
750

Ghi chó:

T
V
2400

T

T
V
2400

øng suÊt

750

V

T
V
750

T
V
2400

T
V
2400

750

®é vâng

Hình 2.9. Các thế tải và thiết bị đo chuyển vị nhịp 2 ngang cầu
Bảng 2.5. Hệ số phân bố ngang thực đo nhịp 2
Stt
1
2
3

Thế tải
Lệch tâm
thƣợng lƣu

4
5

Đúng tâm

6
7
8
9

Lệch tâm
hạ lƣu

Vị trí

Chuyển vị
đo đạc (mm)

Hệ số phân
bố ngang

Dầm 1

5.62

0.46

Dầm 2

3.92

0.32

Dầm 3

2.65

0.22

Dầm 1

4.07

0.34

Dầm 2

4.01

0.33

Dầm 3

4.00

0.33

Dầm 1

2.68

0.22

Dầm 2

3.88

0.32

Dầm 3

5.56

0.46

2.2.3.3. Đánh giá hiện trạng về khả năng chịu lực của kết
cấu nhịp
a. Nhịp 1, (L= 21m)
(1) Đặc trƣng vật liệu, tiết diện
Bảng 2.8. Tính chất cơ lý của thép
Stt

Tính chất cơ lý

Đơn vị Ký hiệu

Giá trị

1

Mô đun đàn hồi

MPa

Es

200000

2

Giới hạn chảy

MPa

fy

190


12
(2) Xác định sức kháng kết cấu nhịp
Khả năng chịu uốn (ứng suất) của kết cấu nhịp được xác định:
(2.6)
CR  c  s  Rh  Fyf
trong đó c là hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 0.95 đối với kết
cấu làm việc ở trạng thái khá;  s là hệ số hệ thống lấy bằng 1.00
đối với kết các cầu dầm và cầu bản khác; Rh là hệ số lai lấy theo
TCN272-05 Rh=1; và Fyf là cường độ chảy dẻo nhỏ nhất được qui
định ở bản cánh chịu nén Fyf =190MPa. Từ đó, ta được:

CR  0.95 1.00  Rh  Fyf  180.50 (MPa)
Tương tự, khả năng chịu cắt của kết cấu nhịp được xác định bởi:

CV  c s  0.58  D  tw  Fyw

(2.7)

trong đó c là hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 0,95 đối với kết
cấu làm việc ở trạng thái khá;  s là hệ số hệ thống lấy bằng 1,00
đối với kết các cầu dầm và cầu bản khác; Rh là hệ số lai lấy theo
TCN272-05 Rh=1; Fyw là cường độ chảy dẻo nhỏ nhất được qui
định của vách lấy bằng 190MPa; D là chiều cao vách bằng 1100mm
và tw là bề dày vách bằng 10mm. Khi đó:
CV  0.95 1.00  0.58 1100 10 190  1151.59 (kN)
(3) Đánh giá tải trọng hợp pháp
Quá trình đánh giá tải trọng hợp pháp được thể hiện trên sơ
đồ khối được thể hiện trên hình 2.1 thông qua hệ số đáng giá RF.
Trong đó:
- Khi RF  1 cầu khai thác được với tải trọng đánh giá theo:
T  RF  W
(2.8)
với T là tải trọng đánh giá (T, kN) và W là tải trọng của xe đánh giá
(T, kN);
- Khi RF < 0.3 cầu phải cần xem xét sửa chữa khẩn cấp hoặc
dừng khai thác;
- Khi 0.3  RF  1 thì phải cắm biển hạn chế tải trọng theoc:


13
W
(2.9)
 RF  0.3

0.7
Kết quả tính toán biển cắm tải trọng hợp pháp được thể hiện
trên hình 2.13.
Bảng 2.12. Xác định tải trọng cắm biển cho kết cấu nhịp 1
T

Tải trọng

Ký hiệu

3
3S2
3-3

T3
T3-S2
T3-3

W
(KN)
222.50
320.00
356.00

RF
0.83
0.77
0.82

Tải trọng cắm

biển T (tấn)
16
21
26

Hình 2.13. Biển cắm tải trọng hợp pháp đối với kết cấu nhịp 1
b. Nhịp 2, (L=30m)
Tương tự như đối với nhịp 1, tính toán được biển cắm tải
trọng hợp pháp cho nhịp 2. Kết quả tính toán được thể hiện trên
bảng 2.17 và hình 2.14.
Bảng 2.17. Xác định tải trọng cắm biển cho kết cấu nhịp 2
Tải trọng

Ký hiệu

3
3S2
3-3

T3
T3-S2
T3-3

W
(kN)
222.50
320.00
356.00

RF

0.78
0.66
0.67

Tải trọng cắm
biển T (tấn)
15
16
18

Hình 2.14. Biển cắm tải trọng hợp pháp đối với kết cấu nhịp 2


14
2.2.3. ỏnh giỏ ti trng hp phỏp cu Ba ng
2.2.3.1. Gii thiu chung cu Ba ng
Cu Ba ng (Hỡnh 2.15) nm trờn ng tnh 913 ti
Km4+530 thuc xó Trng Long Hũa, th xó Duyờn Hi. Cu cú kt
cu bng BTCT gm 05 nhp 24.54m s dng dm I BTCT DL.
2.2.3.2. ỏnh giỏ ti trng hp phỏp cu Ba ng
a. Ti trng th
Khong cỏch bỏnh
Ti trng trc xe
(tn)
Stt Bin s xe xe theo phng (m)
Dc
Ngang
Trc
Sau
1

84L 5375
3,37
1,74
4,2
14,7
2
84L 3947
3,23
1,70
4,46
9,14
b. o c vừng cỏc dm ch vi ti trng th
Hỡnh 2.18 v 2.19 th hin cỏc s xp ti v cỏc v trớ thit
b o chuyn v cỏc dm ch ti tit din gia nhp theo phng dc
cu v ngang cu ca nhp 1.
sơ đồ gắn thiết bị đo nhịp 1

24500
3370
2000

3230

7020

8880
4.21T

14.68T

4.46T

1100

9.14T

Ghi chú:

T

ứng suất

T

V

cầu ba động

V độ võng

Hỡnh 2.18. Xp ti tnh v thit b o ti gia nhp 1dc cu
Thế tải đúng tâm - nhịp 1

300

4600
2000
2000

300 300

1150

500 1700

T
V

T
V
1700

T
V

T
V

1700 600

1800

T
V

600 1700
Ghi chú:

Thế tải lệch tâm phải - nhịp 1

300 300

1100

1700

1100

1150

Thế tải lệch tâm trái - nhịp 1

4600
2000
2000
1800
1700 500

300

1100

4600
2000
2000

T

T
V

T
V

1700 600

ứng suất

V

600 1700

T
V

T
V
1700

độ võng

Hỡnh 2.19. Cỏc th ti v thit b o chuyn v nhp 1 ngang cu


15
Khi đo đạc được giá trị độ võng tại tiết diện giữa nhịp, hệ số
phân bố ngang của từng dầm chủ thực tế được xác định và trình bày
trên bảng 2.19. Giá trị hệ số phân bố ngang lớn nhất sẽ được sử
dụng để đánh giá hiện trạng của kết cấu nhịp 1.
Bảng 2.19. Chuyển vị của dầm chủ với tải trọng thử

Hệ số phân
Chuyển vị
Stt
Thế tải
Vị trí
bố ngang
đo đạc (mm)
thực tế
1
Dầm 1
5.11
0.42
Lệch tâm
2
Dầm 2
4.18
0.35
thƣợng lƣu
3
Dầm 3
2.76
0.23
4
5

Đúng tâm

6
7
8

Lệch tâm
hạ lƣu

Dầm 1

4.17

0.34

Dầm 2

4.10

0.34

Dầm 3

3.89

0.32

Dầm 1

3.13

0.26

Dầm 2

4.06

0.34

Dầm 3
4.92
0.41
2.2.3.3. Đánh giá hiện trạng về khả năng chịu lực của kết
cấu nhịp
a. Đặc trưng vật liệu, tiết diện
b. Xác định khả năng chịu uốn kết cấu nhịp
(1) Sức kháng uốn
Dựa vào Tiêu chuẩn 22TCN 272-05, sức kháng uốn tính toán
của tiết diện giữa nhịp được tính toán và thể hiện trên bảng 2.24.
Bảng 2.24. Xác định sức kháng uốn của tiết diện giữa nhịp
Đơn
Ký
Tại ½
Stt
Các thông số
vị
hiệu
nhịp
9

1

Hệ số sức kháng uốn

2

Chiều cao làm việc của tiết diện

mm

f

1.0

de

1232.06


16
Đơn
vị

Ký
hiệu

Tại ½
nhịp

1

0.85

a  c.1

79.85

mm

c

93.95

kNm

Mn

3767.67

kNm

Mr

3767.67

Stt

Các thông số

3

Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất

4

Chiều dày khối ứng suất tương đương mm

5

Khoảng cách từ trục TH đến mặt
chịu nén

6

Sức kháng uốn danh định

7 Sức kháng uốn tính toán

Khi đó, khả năng chịu uốn của kết cấu nhịp được xác định
bởi:

CM  0.85  M r  3202.52 (kNm)
(2) Sức kháng cắt
Theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05, sức kháng cắt tính toán của
tiết diện tại gối được tính toán và thể hiện trên bảng 2.25.
Bảng 2.25. Xác định sức kháng cắt của tiết diện dầm chủ tại gối
Đơn
Ký
Stt
Các thông số
Tại gối
vị
hiệu
1

Hệ số sức kháng cắt

2

Chiều cao chịu cắt có hiệu

3
4

Bề rộng bản bụng hữu hiệu
trong chiều cao chịu cắt
Hệ số chỉ khả năng của bê tông
bị nứt chéo truyền lực kéo

v

1.0

mm

dv

823

mm

b

178

-



4.52

5

Sức kháng cắt danh định

kN

Vn

2021.69

6

Sức kháng cắt tính toán

kN

Vr

2021.69

Khi đó, khả năng chịu cắt của tiết diện được xác định bởi:


17

CV  0.85  Vr  1718.43 (kN)
c. Đánh giá tải trọng hợp pháp
Dựa vào công thức (2.1) và kết quả tính toán các hiệu ứng tải
trọng do t nh tải bản thân, lớp phủ mặt cầu, hoạt tải HL93 và các xe
đơn chiếc [3] [3-S2] [3-3], hệ số RF đối với mômen và lực cắt.
Bảng 2.28. Xác định tải trọng cắm biển
Tải trọng

Ký hiệu

W(KN)

RF

Tải trọng

3

T3

222.50

0.90

20

3S2

T3-S2

320.00

0.80

23

3-3

T3-3

356.00

0.83

28

Hình 2.22. Biển cắm tải trọng hợp pháp đối với kết cấu nhịp
KẾT LU N CHƢƠNG 2
(1) Bằng việc đo đạc hiện trường và phân tích tính toán, đề
xuất biển cắm hiện trạng đối với tải trọng hợp pháp theo QCVN
41:2016/ BGTVT của Bộ Giao thông vận tải đối với kết cấu nhịp
cầu Đại Sư và cầu Ba Động là:

Cầu Đại Sư

Cầu Ba Động


18

(2) Để đáp ứng nhu cầu thống nhất cấp tải trọng đối với tất cả
các cầu trên đường tỉnh ĐT912 là 18 tấn cũng như đáp ứng nhu cầu
phục vụ vận tải cho nhà máy nhiệt điện Duyên Hải trên đường tỉnh
ĐT913 là 25 tấn, kết cấu nhịp cầu Đại Sư và Ba Động cần thiết nâng
cấp tải trọng lần lượt là 18 tấn và 25 tấn. Do vậy, các giải pháp gia
cường kết cấu được đề xuất và phân tích trong Chương 3.
CHƢƠNG 3
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI
MỘT SỐ CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH
3.1. MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG TRONG CẦU BTCT
VÀ CẦU THÉP
3.1.1. Gia cƣờng cầu BTCT và BTCT dự ứng lực
[3],[4],[5] [6],[7],[13]
(1) Giải pháp đặt thêm cốt thép vùng chịu kéo.
(2) Giải pháp dán bản thép.
(3) Giải pháp căng cáp DƢL ngoài.
(4) Giải pháp liệu FRP (Fiber Reinforced Polymer).
3.1.2. Gia cƣờng cầu thép [3],[5]
(1) Giải pháp giảm tĩnh tải.
(2) Giải pháp thanh căng hoặc tăng đơ.
(3) Giải pháp trụ tạm.
(4) Giải pháp bổ sung kết cấu.
(5) Giải pháp căng cáp DƢL ngoài.
3.1.3. Lựa chọn giải pháp gia cƣờng cho một số cầu Trà
Vinh
Đối với việc nâng cấp tải trọng kết cấu nhịp cầu Đại Sư (dầm
thép liên hợp với bản BTCT), đề xuất giải pháp gia cường bằng dán
bản thép. Đối với việc nâng cấp tải trọng kết cấu nhịp cầu Ba Động
(dầm BTCT DƯL), đề xuất giải pháp gia cường bằng dán FRP.

19
3.2. THIẾT KẾ GIA CƢỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU ĐẠI SƢ
3.2.1. Cơ sở lý thuyết
Việc tính toán gia cường đối với dầm thép liên hợp bằng bản
thép được tính toán theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 như đối với thiết
kế cầu dầm thép liên hợp. Tuy nhiên cần lưu ý rằng, mặt cắt liên
hợp sau khi gia cường chỉ làm việc dưới tác động của hoạt tải.
3.2.2. Thiết kế gia cƣờng
3.2.2.1. Nhịp 1 (L=21m)
a. Vật liệu gia cường
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của bản thép tăng cường
Stt
Các thông số
Đơn vị Ký hiệu
Giá trị
1

Bề dày bản thép

mm

t ftc

10

2

Bề rộng bản thép

mm

b ftc

360

3

Giới hạn chảy của thép

MPa

fy

190

4

Es
Modun đàn hồi
MPa
200000
c. Sức kháng uốn dầm chủ sau khi gia cường
Khả năng chịu uốn (ứng suất) của kết cấu nhịp được xác định:

CR  0.95 1.00  Rh  Fyf  180.50 (MPa)
d. Đánh giá tải trọng sau khi tăng cường
Để xác định hiệu ứng tải trọng (ứng suất), cần thiết xác định
các đặc trưng hình học của tiết diện sau khi gia cường bản thép, kết
quả tính toán xác định được tải trọng cắm biển sau khi gia cường

như bảng 3.5 và hình 3.1.
Bảng 3.5. Xác định tải trọng cắm biển sau gia cường đối với nhịp 1
W
Tải trọng cắm
Tải trọng
Ký hiệu
RF
(kN)
biển (tấn)
222.50
0.78
22
3
T3
320.00
0.66
30
3S2
T3-S2
356.00
0.67
36
3-3
T3-3


20

Hình 3.1. Biển cắm tải trọng hợp pháp sau gia cường đối với nhịp 1

Hình 3.4. Biển cắm tải trọng hợp pháp đối với nhịp 2
3.2.2.2. Nhịp 2 (L=30m)
Bảng 3.10. Xác định tải trọng cắm biển
W
Tải trọng cắm
Tải trọng
Ký hiệu
RF
(KN)
biển (tấn)
222.50
0.93
19
3
T3
320.00
0.78
22
3S2
T3-S2
356.00
0.79
24
3-3
T3-3
3.3. THIẾT KẾ GIA CƢỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BA ĐỘNG
3.3.1. Cơ sở tính toán gia cƣờng bằng vật liệu FRP đối với
dầm BTCT DƢL [3],[4],[6],[13]
Đối với dầm BTCT được tăng cường bằng tấm sợi FRP, có
các hình thức phá hoại do uốn như sau:

(1) Hình thức phá hoại do bêtông bị nén vỡ (  c   cu  0.003 ,

 frpl   frpu );


21
(2) Hình thức phá hoại do đứt tấm sợi FRP (  frpl   frpu ,

 c   cu  0.003 );
(3) Hình thức phá hoại đồng thời (  c   cu  0.003 ,

 frpl   frpu ).
3.3.2. Tính toán tăng cƣờng sức kháng uốn dầm bê tông
ứng suất trƣớc theo tiêu chuẩn ACI220, 2R-08 [13]
3.3.3. Thiết kế gia cƣờng kết cấu nhịp dầm
3.3.3.1. Vật liệu gia cường trên kết cấu dầm
Do kết cấu nhịp đảm bảo sức kháng cắt theo tải trọng yêu cầu
nên chỉ cần gia cường FRP nhằm tăng sức kháng uốn và chỉ dán
FRP theo phương dọc và ngang cầu.
3.3.3.2. Sức kháng uốn sau khi gia cường
Theo cơ sở tính toán trình bày trong phần 3.3.2, sức kháng
uốn tiết diện diện dầm sau gia cường được xác định trên bảng 3.12.
Bảng 3.12. Sức kháng uốn sau khi gia cường
Ký
Stt
Thông số
Đơn vị
Giá trị
hiệu
1

Bề rộng bản cánh hữu hiệu

2

mm

b

1405

Khoảng cách từ trọng tâm cốt
mm
thép đến vùng chịu nén

ds

1232.06

3

Diện tích thép dự ứng lực

mm2

As

3139.20

4

Bề dày của tấm sợi tăng cường

mm

tf

0.333

5

Bề rộng tấm sợi tăng cường

mm

bf

500

6

Số lượng tấm sợi dán tăng cường

tấm

n

2

7

Sức kháng uốn sau khi tăng
KNm
cường

Mr

4145


22
3.3.3.3. Đánh giá tải trọng sau khi gia cường
Dựa vào công thức (2.1) và kết quả tính toán các hiệu ứng tải
trọng do t nh tải bản thân, lớp phủ mặt cầu, hoạt tải HL93 và các xe
đơn chiếc [3] [3-S2] [3-3], hệ số đánh giá RF đối với ứng suất do
uốn và lực cắt. Kết quả tính toán xác định được tải trọng căm biển
thể hiện trên bảng 3.15 và hình 3.13. Như vậy, sau gia cường sức
kháng kết cấu nhịp được nâng lên đáp ứng được tải trọng yêu cầu.
Bảng 3.15. Xác định tải trọng cắm biển
Tải trọng
W
Tải trọng
Ký hiệu
RF
cắm biển T
(kN)
(tấn)
3

T3

222.50

1.11

25

3S2

T3-S2

320.00

0.98

32

3-3

T3-3

356.00

1.02

37

Hình 3.13. Biển cắm tải trọng hợp pháp sau gia cường
KẾT LU N CHƢƠNG 3
(1) Đối với cầu Đại Sư, giải pháp gia cường đối với kết cấu

nhịp L=21m và L=30m là hàn bản thép đáy dầm có kích thước lần
lượt 360*10mm và 420*10mm trong phạm vi từ ¼ đến ¾ chiều dài
nhịp. Biển cắm tải trọng sau gia cường là:


23

(2) Đối với cầu Ba Động, giải pháp gia cường đối với kết cấu
nhịp là dán vật liệu FRP gồm 2 lớp, mỗi lớp có kích thước
500*0.333mm và được bố trí trên hình 3.11. Biển cắm tải trọng sau
gia cường là:

KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Luận văn đã đạt được các kết quả sau:
(1) Tổng hợp các công trình cầu trên hệ thống giao thông tỉnh
Trà Vinh, nhất là các cầu trên các đường tỉnh ĐT và đường huyện
ĐH với các hư hỏng đã xuất hiện. Trên cơ sở hiện trạng và nhu cầu
vận tải, hai cầu cầu Đại Sư (cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT)
và cầu Ba Động (cầu dầm BTCT DƯL) có tính đặc trưng được lựa
chọn để đánh giá năng lực hiện trạng và đề xuất giải pháp gia cường
nhằm nâng cao tải trọng yêu cầu;
(2) Bằng kết hợp giữa đo đạc hiện trường và phân tích tính
toán, biển cắm tải trọng hợp pháp trước gia cường đối với kết cấu
nhịp cầu Đại Sư và Ba Động theo QCVN41:2016/BGTVT là: