Nghiên cứu lựa chọn giải pháp gia cường cầu thủy triều đức phổ quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------- oOo ----------

NGUYỄN HOÀNG TÚ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG
CẦU THỦY TRIỀU – ĐỨC PHỔ - QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------- oOo ----------

NGUYỄN HOÀNG TÚ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG
CẦU THỦY TRIỀU – ĐỨC PHỔ - QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số: 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NGUYỄN XUÂN TOẢN

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi xin chân thành cảm ơn
PGS.TS.Nguyễn Xuân Toản đã nhiệt tình hướng dẫn trong suốt thời gian làm luận văn
đồng thời tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến khoa sau đại học Đại học Đà Nẵng và
một số đồng nghiệp đã tạo điều kiện và góp ý cho luận văn.
Dù đã cố gắng hết mình và được sự giúp đỡ rất nhiều của các cá nhân và tập thể.
Nhưng trong khuôn khổ nội dung của một luận văn, mọi khía cạnh của vấn đề mà
trong thực tế đòi hỏi có thể chưa giải quyết hết, tác giả xin chân thành cảm ơn và hết
sức tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy và các đồng nghiệp.
Đà Nẵng, năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Tú


M CL C
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................
M C L C ........................................................................................................................

T M TẮT ........................................................................................................................
DANH M C CÁC H NH ẢNH......................................................................................
DANH M C CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................................
DANH M C CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
1.Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................ 1
2.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ..................................................................................... 2
3.Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................... 2
4. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................... 2
5.Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 2
6.Kết cấu của luận văn: ................................................................................................... 2
Chƣơng 1: CẤU TẠO CỦA CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ THỰC TRẠNG
CỦA CẦU THỦY TRİỀU ............................................................................................. 4
1. Cấu tạo của cầu bêtông cốt thép .................................................................................. 4
1.1. Các bộ phận cơ bản của cầu BTCT .......................................................................... 4
1.2. Phân loại cầu BTCT ................................................................................................. 5
1.3. Một số dạng hư hỏng thường gặp của cầu bêtông cốt thép ...................................... 6
1.3.1. Phần mặt cầu .................................................................................................. 6
1.3.2. Các dạng hư hỏng trên kết cấu dầm chủ BTCT thường và DƯL .......................... 8
1.4. Thực trạng của cầu Thủy Triều ............................................................................... 11
1.5. Các biện pháp gia cường cầu bêtông cốt thép và khả năng ứng dụng vào cầu Thủy
Triều ............................................................................................................................ 14
1.5.1. Bao bọc những chỗ hư hỏng bằng lớp bêtông hoặc BTCT ................................. 14
1.5.2. Sử dụng công nghệ dán bản thép ......................................................................... 14
1.5.3. Phương pháp bổ sung dự ứng lực ngoài .............................................................. 17
1.5.4. Công nghệ dán tấm chất dẻo sợi cacbon. ............................................................ 18
1.4. Kết luận chương ..................................................................................................... 21
Chƣơng 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GİA CƢỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT
THÉP. ............................................................................................................................ 22
2. Lý thuyết tính toán gia cường cầu bê tông cốt thép .................................................. 22

2.1. Tính toán gia cường bằng dán bản thép ................................................................. 22
2.2 Tính toán gia cường bằng gia cường bằng tấm sợi carbon ..................................... 22
2.3. Lựa chọn giải pháp thích hợp ................................................................................. 42
2.4. Kết luận chương ..................................................................................................... 43
CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG KẾT CẤU NHỊP CHO
CẦU THỦY TRİỀU..................................................................................................... 44
3. Lựa chon giải pháp gia cường kết cấu nhịp cho Cầu Thủy Triều. ............................ 44
3.1. Các tham số cơ bản của cầu Thủy Triều ................................................................. 44
3.1.1. Số liệu dầm chủ ................................................................................................... 45
3.2. Tính toán đặc trưng hình học mặt cắt ở các gıaı đoạn ........................................... 47
3.2.1. Toạ độ các bó cáp ................................................................................................ 47
3.2.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn I ......................................................... 48
3.2.3. Đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II ....................................................... 51
3.3. Tính toán hệ số phân bố ngang đốı vớı hoạt tảı...................................................... 51
3.3.1. Hệ số phân bố ngang hoạt tải đối với mômen ..................................................... 51
3.3.2. Hệ số phân bố ngang hoạt tải đối với lực cắt ...................................................... 52
3.3.3. Tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải .................................................. 52
3.4. TÍNH TOÁN NỘI LỰC ......................................................................................... 53
3.4.1. Diện tích đường ảnh hưởng ................................................................................. 53
3.4.2. Nội lực do tĩnh tải ................................................................................................ 53
3.4.3. Nội lực do hoạt tải ............................................................................................... 54
3.4.4. Tổ hợp nội lực...................................................................................................... 56
3.5. KIỂM TOÁN .......................................................................................................... 58
3.5.1. Kiểm toán cường độ ............................................................................................ 58
3.5.2. Kiểm toán sức kháng cắt ..................................................................................... 60
3.6. Tính toán tăng cường .............................................................................................. 62
3.6.1. Các thông số Kỹ thuật của sợi ............................................................................ 62
3.6.2. Mô hình tính toán ................................................................................................ 62

3.6.3. Tính toán các thông số tăng cường ...................................................................... 63
3.7. Tính toán tăng cường chống cắt ............................................................................. 67
3.7.1. Đặc trưng vật liệu ................................................................................................ 68
3.7.2. Tính toán biến dạng trong tấm sợi chịu ............................................................... 68
3.7.3. Tính toán khả năng tăng cường của tấm sợi ........................................................ 69


3.7.5. Sức kháng cắt của dầm ........................................................................................ 69
3.7.6. Kết luận chương .................................................................................................. 70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 72


T M TẮT
NGHIÊN CỨU LỰA CHON GIẢI PHÁP GIA CƢỜNG CẦU THỦY TRIỀU – ĐỨC PHỔ QUẢNG NGÃI
Học viên: Nguyễn Hoàng Tú, Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số: 60.58.02.05, Khóa:33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt - Trong công tác nghiên cứu lựa chọn giải pháp gia cường sửa chữa và tăng cường kết cấu
nhịp cầu BTCT, tôi đã lựa chon phương pháp gia cường bằng tấm sợi CFRP, cần đặc biệt chú ý đặt
tấm CFRP vào vị trí cần tăng cường khả năng chịu lực với hướng sợi phù hợp với phương chịu lực
để tận dụng khả năng chịu kéo của tấm sơị CFRP. Vật liệu CFRP có cường độ chịu kéo và mô đun
đàn hồi cao, đa dạng về chủng loại, trọng lượng nhẹ, thi công dễ dàng nhanh chóng, không cần đập
phá kết cấu giữ nguyên hình dạng kết cấu cũ, thi công không cần sử dụng coffa, ít tốn nhân công,
không cần máy móc đặc biệt, không cần bão dưỡng chống rỉ trong quá trình khai thác. Từ rất nhiều
các công thức được trình bày, đã hệ thống hóa các công thức bằng một số sơ đồ khối để thuận tiện
cho việc tính toán. Kết quả tính toán gia cường kết cấu nhịp cầu Thủy Triều bằng tấm sợi carbon,
kết cấu đảm bảo khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn cường độ I, sức kháng uốn lớn nhất tại vị
trí giữa nhịp và sức kháng cắt tại gối tăng lên, đảm bảo cho cầu duy trì tải trọng khai thác HL93. Vì
vậy, có thể thấy rằng sử dụng tấm sợi cacbon tăng cường cho dầm BTCT cải thiện đáng kể khả
năng chịu lực của dầm.

Từ khóa - tấm sợi CFRP; trọng lượng nhẹ; mô đun đàn hồi cao; kết cấu nhịp; cầu Thủy Triều. (5 từ
khóa)
STUDY ON THE STRUCTURE OF CARBON CARBIDE FIBER SHRIMP
Summary - In the study of reinforced concrete reinforcement repair and reinforcement, I selected
the CFRP reinforcement method, paying particular attention to placing the CFRP sheet in the
required position. Strengthen the strength with fiber direction in accordance with the force to take
advantage of the tensile strength of the CFRP plate. CFRP materials have high tensile strength and
elastic modulus, variety of type, light weight, quick and easy construction, no need to smash the
structure retains the old shape, use coffa, less labor, no special machinery, no anti-rust conditioning
during the exploitation. Since many formulas are presented, they have systematized the formulas
with a number of block diagrams to facilitate the computation. The result of calculating the
structure of the tide bridge with carbon fiber sheet, the structure ensures the strength of the strength
limit state of intensity I, the maximum bending resistance at the location between the rhythm and
the resistance of cutting at the pillow. increased, ensuring the bridge maintain the load capacity of
HL93. Therefore, it can be seen that the use of carbon fiber reinforcement for reinforced concrete
beams significantly improves the bearing strength of the beam.
Keyword - CFRP fiber sheet; light-weight; high elastic modulus; rhythmic structure; Thuy Trieu
bridge. (5 keywords)


DANH M C CÁC H NH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ bố trí chung cầu .....................................................................................5
Hình 1.2 Bong vỡ lớp nhựa phủ mặt ..............................................................................6
Hình 1.3 Hư hỏng lớp bê tông tạo dốc ............................................................................6
Hình 1.4 Nứt dọc mặt cầu ................................................................................................ 7
Hình 1.5 Vết nứt ngang mặt cầu ......................................................................................8
Hình 1.6 Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp cầu ........................................................ 10
Hình 1.7 Nứt vỡ bê tông bên trên thớt gối .....................................................................10
Hình 1.8 Nứt vỡ bê tông cánh dầm ................................................................................11
Hình 1.9 Bê tông rổ tổ ong, rỉ cốt thép, nứt vỡ ............................................................. 11

Hình 1.10. Cầu Thủy Triều ............................................................................................ 12
Hình 1.11. Hiện tượng bong tróc bê tông dầm .............................................................. 12
Hình 1.12. Thực trạng dầm ........................................................................................... 13
Hình 1.13. Thực trạng dầm ........................................................................................... 13
Hình 1.14. Thực trạng dầm ........................................................................................... 14
Hình 1.15. Căng cáp dự ứng lực ngoài .........................................................................17
Hình 1.16. Căng cáp dự ứng lực ngoài .........................................................................18
Hình 1.17. Gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP ....................................19
Hình 1.18. Gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP ....................................19
Hình 1.19. Gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP ....................................20
Hình 1.20. Gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP ....................................21
Hình 2.1. Tính toán gia cường sức kháng uốn bằng dán bản thép ............................... 22
Hình 3.1. Mặt cắt ngang dầmBẢN TÍNH KIỂM TOÁN DẦM CẦU THỦY TRIỀU ......44
Hình 3.2. Mặt cắt ngang dầm chủ .................................................................................45
Hình 3.3. Trọng tâm của các tao cáp so với đáy dầm ...................................................47


DANH M C CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Kích thước dầm chủ ....................................................................................... 46
Bảng 3.2. Trọng tâm của các tao cáp so với đáy dầm ..................................................48
Bảng 3.3. Diện tích mặt cắt ........................................................................................... 48
Bảng 3.4. Mô men tĩnh đối với đáy dầm ........................................................................49
Bảng 3.5. Trọng tâm của mặt cắt ..................................................................................49
Bảng 3.6. Mô men quán tính ......................................................................................... 50
Bảng 3.7. Đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II ................................................51
Bảng 3.8. Tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải ...........................................52
Bảng 3.9. Diện tích đường ảnh hưởng ..........................................................................53
Bảng 3.10. Nội lực do tĩnh tải đối với dầm trong.......................................................... 53
Bảng 3.11. Nội lực do tĩnh tải đối với dầm ngoài ......................................................... 54
Bảng 3.12. Mômen uốn ..................................................................................................54

Bảng 3.13. Lực cắt .........................................................................................................55
Bảng 3.15 Tổ hợp tải trọng: Tĩnh tải + HL93 + người ...............................................56
Bảng 3.16. Tổ hợp nội lực ở TTGHCĐ I đối với dầm trong .........................................56
Bảng 3.17 Tổ hợp nội lực ở TTGHCĐ I đối với dầm ngoài ........................................57
Bảng 3.18 Tổ hợp nội lực ở TTGHSD đối với dầm trong ............................................57
Bảng 3.19 Tổ hợp nội lực ở TTGHSD đối với dầm ngoài ............................................58
Bảng 3.20 Kiểm toán cường độ ....................................................................................59
Bảng 3.21 Chiều cao hữu hiệu của mặt cắt dv ............................................................. 60
Bảng 3.22 Sức kháng cắt Vn ......................................................................................... 60
Bảng 3.23 Các thông số kỹ thuật của tấm sợi Tyfo SEH51A ........................................62
Bảng 3.24 Tính toán sơ bộ............................................................................................ 63
Bảng 3.25 Biến dạng ban đầu của đáy dầm .................................................................63
Bảng 3.26 Biến dạng của tấm sợi .................................................................................64
Bảng 3.27 Giả sử chiều cao vùng bê tông chịu nén .....................................................64
Bảng 3.28 Biến dạng có hiệu của tấm sợi ....................................................................65
Bảng 3.29 Biến dạng trong cáp DƯL ..........................................................................65
Bảng 3.30 Ứng suất trong cáp DƯL và tấm sợi ........................................................... 65
Bảng 3.31 Kết quả α1, 1 ............................................................................................. 66
Bảng 3.32 Chiều cao vùng bê tông chịu nén ................................................................ 66
Bảng 3.33 Hiệu quả tăng cường sức kháng uốn .......................................................... 67
Bảng 3.34 Thông số vật liệu của tấm sợi Tyfo SEH51A ..............................................68
Bảng 3.35 Đặc trưng vật liệu ....................................................................................... 68
Bảng 3.36 Biến dạng trong tấm sợi ..............................................................................69
Bảng 3.37 Khả năng tăng cường của tấm sợi .............................................................. 69
Bảng 3.38 Sức kháng cắt của dầm sau tăng cường......................................................69


DANH M C CÁC TỪ VIẾT TẮT
AFRP

: Aramid Fiber Reinforced Polymer
(Vật liệu Composite sợi aramid)
GFRP
: Glass Fiber Reinforced Polymer
(Vật liệu Composite sợi thủy tinh)
CFRP
: Carbon Fiber Reinforced Polymer
(Vật liệu Composite sợi cacbon)
ACI
: American Concrete Insitute
(Tiêu chuẩn của viện bê tông Mỹ)
AASHTO : American Association of State Highway and
Transportation Officials (Hiệp hội các viên chức giao
thông và đường bộ Hoa Kỳ)
ACMA
: American Composites Manufactures Association
Hiệp hội các doanh nghiệp sản xuất composite Mỹ
BTCT
: Bê tông cốt thép
BTCTDƯL : Bê tông cốt thép dự ứng lực
CT
: Công trình
KC
: Kết cấu
TCN
: Tiêu chuẩn ngành
TTGHCĐ : Trạng thái giới hạn cường độ
TTGHSD : Trạng thái giới hạn sử dụng
FRP
: Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Composite)

DC
: Tĩnh tải giai đoạn 1
DW
: Tĩnh tải giai đoạn 2
LL
: Hoạt tải xe HL93
PL
: Hoạt tải người đi bộ


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, trong xu thế hòa nhập với nền kinh tế thế giới, kinh
tế nước ta có những bước phát triển nhanh và ổn định. Các hình thức vận tải, phương
tiện và số lượng người tham gia giao thông ngày một tăng. Nhiệm vụ của ngành giao
thông vận tải là đảm bảo cho người tham gia giao thông, phương tiện và hàng hóa
được đảm bảo an toàn và thông suốt. Cho nên việc đầu tư nâng cấp, cải tạo nhằm nâng
cao năng lực hoạt động, kéo dài tuổi thọ cho công trình cầu Thủy Triều thuộc huyện
Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi là nhiệm vụ hết sức cấp bách.
Cầu Thủy Triều được bắt qua sông Trà Câu nối liền hai xã Phổ Minh và Phổ Văn được
thiết kế bằng bê tông cốt thép vĩnh cữu,
- Tải trọng: 0,65HL93.
- Tải trọng gia cường HL93
- Chiều dài toàn cầu L=58,8m (tính đến đuôi mố)
- Khổ cầu: B = 5,5+2x0,25 = 6,00 m.
- Tần suất thiết kế cầu P=4% .
- Cầu gồm 2 nhịp 24,7m.
+ Dầm BTCT: Tận dụng dầm BTCT DƯL cũ dài 24,7m

+ Mặt cắt ngang gồm 6 dầm chủ, tiết diện chữ T, cự ly giữa các dầm chủ
1,032m
+ Kết cấu hai mố, trụ: Bằng BTCT
Hiện nay việc phát triển kinh tế của huyện Đức Phổ nên nhu cầu giao thông qua cầu
Thủy Triều tăng cao. Đó là tuyến đường huyết mạch từ Khu công nghiệp Phổ Phong
xuống cảng Mỹ Á đã thúc đẩy các phương tiện giao thông không ngừng nâng cấp,
phát triển theo. Tải trọng của các phương tiện vận chuyển tăng lên rất nhiều (vượt cả
tải trọng 0,65HL93) đã làm cho cầu Thủy Triều một phần xuống cấp và không có khả
năng chịu được các loại xe có tải trọng nặng. Với nhu cầu khai thác (tải trọng xe và
lưu lượng xe) ngày càng tăng, cần thiết phải xây dựng cầu mới thay thế cầu hiện tại
nhưng do kinh phí để xây dựng cầu mới rất lớn vì vậy, việc “ nghiên cứu lựa chọn
giải pháp gia cường cầu Thủy Triều – Đức Phổ - Quảng Ngãi’’ để duy trì sự ổn
định và tuổi thọ là hết sức cần thiết.


2

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu lựa chọn giải pháp gia cường cho cầu Thủy Triều
nhằm đảm bảo an toàn cho con người, phương tiện khi vận chuyển qua cầu.
- Nâng cao năng lực khai thác và tuổi thọ của cầu Thủy Triều, đảm bảo nhu cầu vận
chuyển hàng hóa ngày càng lớn của huyện Đức Phổ, trong khi huyện Đức Phổ chưa có
điều kiện xây dựng thêm những cây cầu mới.
- Giúp chúng ta lựa chọn một biện pháp gia cường để so sánh và đánh giá khả năng
ứng dụng biện pháp này với các biện pháp gia cường cầu bê tông khác.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Cầu Thủy Triều - Huyện Đức Phổ – Tỉnh Quảng Ngãi
4. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu lựa chọn để tìm ra giải pháp gia cường phù hợp cho cầu
Thủy Triều – Huyện Đức Phổ - Tỉnh Quảng Ngãi khi có phương tiện và số lượng

người tham gia giao thông ngày một tăng.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, việc tính toán dựa trên mô hình lý thuyết.
- Thu thập số liệu thực tế, tổng hợp, thống kê và phân tích các số liệu.
- Tính toán hiệu quả tăng cường cầu Thủy Triều, huyện Đức Phổ
6. Kết cấu của luận văn:
Luận văn gồm có 3 chương và phần kết luận kiến nghị như sau:
Chương 1: Đặc điểm của cầu bê tông cót thép và thực trạng của cầu Thủy Triều
1.1. Cấu tạo của cầu bê tông cốt thép và một số dạng hư hỏng thường gặp
1.2. Thực trạng của cầu Thủy Triều
1.3. Các biện pháp gia cường cầu bêtông cốt thép và khả năng ứng dụng vào cầu Thủy
Triều
1.4. Kết luận chương
Chương 2: Lý thuyết tính toán gia cường cầu bê tông cốt thép.
2.1. Gia cường dán bản thép
2.2. Gia cường bằng tấm sợi carbon
2.3. Lựa chọn giải pháp gia cường
2.4. Kết luận chương
Chương 3: Tính toán gia cường kết cấu nhịp cho cầu Thủy Triều
3.1. Các tham số cơ bản của cầu Thủy Triều
3.2. Xác định nội lực
3.3. Xác định sức kháng uốn của dầm khi chưa gia cường
3.4. Xác định sức kháng cắt của dầm khi chưa gia cường
3.5. Xác định sức kháng uốn của dầm khi có gia cường tấm sợi carbon
3.6. Xác định sức kháng cắt của dầm khi có gia cường tấm sợi carbon
3.7. Kết luận chương


3

Phần kết luận và kiến nghị
Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi xin chân thành cảm ơn
PGS.TS.Nguyễn Xuân Toản đã nhiệt tình hướng dẫn trong suốt thời gian làm luận văn
đồng thời tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến khoa sau đại học Đại học Đà Nẵng và
một số đồng nghiệp đã tạo điều kiện và góp ý cho luận văn.
Dù đã cố gắng hết mình và được sự giúp đỡ rất nhiều của các cá nhân và tập thể.
Nhưng trong khuôn khổ nội dung của một luận văn, mọi khía cạnh của vấn đề mà
trong thực tế đòi hỏi có thể chưa giải quyết hết, tác giả xin chân thành cảm ơn và hết
sức tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy và các đồng nghiệp.


4

Chƣơng 1: CẤU TẠO CỦA CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ THỰC TRẠNG
CỦA CẦU THỦY TRİỀU
1. Cấu tạo của cầu bêtông cốt thép
1.1. Các bộ phận cơ bản của cầu BTCT
- Mố cầu
Bộ phận ở hai đầu cầu và nối tiếp giữa cầu với đường gọi là mố cầu. Mố cầu ở cuối
cầu và tạo thành cấu trúc chuyển tiếp từ đường tới mặt cầu. Nó tiếp nhận một phần tải
trọng của kết cấu nhịp truyền xuống và chịu tác dụng của đất đắp sau mố
- Trụ cầu
Bộ phận giữa hai mố cầu để cho kết cấu nhịp tựa lên gọi là trụ cầu. Do nhiều yêu cầu
về kinh tế kĩ thuật chiều dài kết cấu nhịp không thể quá dài. Để vượt được khoảng
cách lớn yêu cầu phải có cọc chống đỡ trung gian dó là trụ cầu. Trụ cầu truyền tải từ
kết cấu nhịp xuống móng công trình
- Kết cấu nhịp
Kết cấu nhịp chịu tác dụng của tải trọng bản thân, cùng với tải trọng người, xe trên
cầu, ngoài ra còn có tác dụng của gió, của động đất … toàn bộ tải trọng này đuợc
truyền xuống đất qua hệ thống mố trụ cầu

- Kết cấu nhịp bao gồm :
+ Dầm cầu, bản mặt cầu
+ Lan can tay vịn
- Mô đất hình nón
Mô đất hình nón có tác dụng gia cố chống xói lỡ cho mố cầu.
- Gối cầu
Gối cầu là bộ phận trung gian nằm giữa kết cấu nhịp và mố trụ cầu. Gối cầu có tác
dụng như tấm đệm chịu tải trọng và giảm lực cắt ngang của kết cấu nhịp truyền xuống
mố trụ. Đồng thời gối cầu giúp cho kết cấu làm việc theo mô hình tính toán, giúp kết
cấu nhịp dịch chuyển, co giãn ít mà bị cản trở.
- Móng cầu
Móng cầu là bộ phận bên dưới cùng của một cây cầu, thường làm bằng bê tông cốt
thép. Móng có tác dụng truyền và phân bố toàn bộ tải trọng xuống nền đất sao cho
toàn bộ kết cấu đứng vững trên đất mà không bị phá hoại do nền đất bị vượt quá sức
chịu tải.


5

Hình 1.1. Sơ đồ bố trí chung cầu
1. Mố cấu; 2 . Trụ cầu; 3 . Kết cấu nhịp; 4. Mô đất hình nón
1.2. Phân loại cầu BTCT
- Cầu dầm đơn giản
- Thường áp dụng với chiều dài nhịp ≤ 40m ( đặc biệt có thể lên đến 60-70m)
- Biểu đồ moomen chỉ có 1 dấu
- Tại các gối chỉ tồn tại phản lực thẳng đứng.
- Cầu dầm mút thừa
- Mô men giữa nhịp có giảm đi do xuât hiện mô men gối do đó làm tăng khả năng
vượt nhịp so với dầm đơn giản.
- Thường áp dụng với chiều dài nhịp 50-60 với BTCT thường và 150m với BTCT ứng

suất trước.
- Cầu dầm liên tục
- Khả năng vượt nhịp lớn hơn so với dầm đơn giản từ 30-60m với BTCT thường và
60-300m với BTCT ứng suất trước.
- Sơ đồ chịu lực hợp lý hơn do đó kết cấu thanh mảnh hơn, tiết kiệm vật liệu so với
dầm đơn giản.
- Cầu khung
- Trụ và kết cấu nhịp cùng tham gia chịu lực
- Mô men tại các vị trí trong kết cấu nhịp nhìn chung là nhỏ nên sẽ tiết kiệm vật liệu
- Khả năng vượt nhip là khá lớn ≥ 40m


6

1.3. Một số dạng hƣ hỏng thƣờng gặp của cầu bêtông cốt thép
1.3.1. Phần mặt cầu
- Bong lớp nhựa phủ mặt
Các cầu thường bị hỏng lớp phủ mặt trên cùng (BTN nguội hoặc nóng).
Nguyên nhân do chất lượng bê tông không tốt, hoặc bề dày lớp tông mỏng

Hình 1.2 Bong vỡ lớp nhựa phủ mặt
- Lớp bê tông tạo dốc
Bị hư hỏng do dùng các loại bê tông có cường độ thấp (M200). Lớp này nằm
kẹp giữa bê tông cánh dầm (M300) và bê tông nhựa phủ phía trên. Cầu Hói Bãi
Km391+458, Khe Cà Km556+880-QL1A… bị hư hỏng dạng này

Hình 1.3 Hư hỏng lớp bê tông tạo dốc


7

Nguyên nhân: do chất lượng bê tông tạo dốc kém có thể do thi công không đảm
bảo chất lượng, hoặc do lớp phủ bê tông nhựa phía trên bị hư hỏng gây nên tải trọng
trùng phục gây nứt bê tông.
- Nứt dọc trên mặt cầu
Đây là hư hỏng phổ biến nhất. Vết nứt dọc xuất hiện trên phạm vi mối nối dọc
của các loại dầm chữ T. Trên 60% các loại cầu BTCT dầm chữ T được xây dựng từ
trước những năm 1990 bị hư hỏng dạng này.

Hình 1.4 Nứt dọc mặt cầu
- Nứt ngang mặt cầu
Vết nứt ngang xuất hiện tại phạm vi khe co giãn. Nguyên nhân:
a) Sự làm việc của khe co giãn kém sẽ tạo nên vết nứt ngang đầu dầm
- Các loại khe co giãn bản thép trượt tự do được 1 thời gian (khoảng 2 năm) đã bị cong
vênh, bong bật khi bị chấn động là vỡ đầu dầm và hỏng mặt.


8

Hình 1.5 Vết nứt ngang mặt cầu
- Các loại khe dạng tôn uốn lòng máng thì chỉ được khoảng thời gian 1-2 năm đã bị
đứt, cát, đá rơi xuống chét đầy khe gây cản trở sự dịch chuyển của dầm.
b) Các loại khe co giãn cao su được sửa chữa nhưng không đảm bảo yêu cầu, xuất hiện
vết nứt ngang tại vị trí tiếp giáp giữa phần bê tông cũ và mới.
1.3.2. Các dạng hư hỏng trên kết cấu dầm chủ BTCT thường và DƯL
- Hư hỏng do sự dịch chuyển vị trí
Dầm cầu bị võng hoặc bị dịch chuyển và đang phát triển một cách nhanh
chóng, kéo theo kích thước hình học của mặt cầu bị sai lệch nhiều. Trong những
trường hợp như vậy thì biện pháp đình chỉ thi công hay hạn chế tốc độ và tải trọng qua
cầu phải được tiến hành nhanh.

- Hư hỏng do phong hóa bê tông
Bê tông của các công trình ở sông hoặc biển là đối tượng của xói mòn do dòng
chảy mạnh, do sự cuốn trôi của các vật thể rắn của nước. Biểu hiện trực tiếp của sự
phá hủy này là ở chỗ tiếp xúc của bê tông, bề mặt bị mòn do bị cọ xát liên tục lặp đi
lặp lại.
Sự mài mòn này rất nghiêm trọng trong khi lớp bề mặt bê tông ít cốt liệu cứng
hoặc lớp vữa bị bỡ mủn. Sự va chạm của xe cộ, tàu bè nhất là khi chúng vượt ra ngoài
khổ thông thuyền gây ra các vết xước, nứt vỡ bê tông làm hở cốt thép và từ đó cốt thép
bị hư hại.


9

- Hiện tượng mỏi của thép
Dưới tác động của một số lớn lần thay đổi ứng lực, cốt thép có bị giảm yếu do
mỏi.
- Hư hỏng do bị nứt bê tông
Đây là dạng hư hỏng phổ biến nhất. Tùy thuộc vào cấu tạo công trình mà các
vết nứt có thể xuất hiện ở nhiều dạng khác nhau. Về tổng thể, có các loại vết nứt:
- Vết nứt do co ngót
Loại vết nứt này thường xuất hiện trong lớp bề mặt của bê tông do quá trình co
ngót không đều. Nguyên nhân là do hàm lượng xi măng quá nhiều trong hỗn hợp bê
tông, do đặc điểm của dạng kết cấu, do cách bố trí cốt thép không hợp vv…Dấu hiệu
đặc trưng của các vết nứt co ngót là chúng phân bổ ngẫu nhiên không định hướng,
chiều dài ngắn và nhỏ li ti. Các vết nứt co ngót có thể phát triển thành các vết nứt do
lực.
- Vết nứt nghiêng
Các thường vết nứt này thường xuất hiện ở bụng dầm do ứng suất chủ quá lớn.
Chúng đặc biệt nguy hiểm trong các kết cấu dự ứng lực vì có thể giảm nhiều năng lực
chịu tải.

- Vết nứt dọc
Chúng xuất hiện ở chỗ tiếp giáp đáy bản mặt cầu giáp với phần sườn dầm, được
coi là nguy hiểm vì giảm năng lực chịu tải của kết cấu nhịp. Nguyên nhân chính là do
sai sót trong công nghệ chế tạo kết cấu.
- Vết nứt ngang trong bản mặt cầu
Nguyên nhân do mô men uốn tạo ra quá lớn lúc cẩu dầm để lắp ghép, hoặc do
dự ứng lực nén quá mạnh. Trong các dầm đơn giản thì trong quá trình khai thác, các
vết nứt này có thể bị khép lại.
- Vết nứt ngang trong bầu dưới ở vùng chịu kéo chứa cốt thép dự ứng lực
Vết nứt này chứng tỏ thiếu dự ứng lực, mất mát dự ứng suất quá nhiều do co
ngót, từ biến của bê tông và mấu neo làm việc không bình thường. Các vết nứt này
không làm giảm khả năng chịu tải tính toán của kết cấu nhịp nhưng có thể tạo điều
kiện cho rỉ ăn mòn cốt thép dự ứng lực và giảm dần tuổi thọ của nó.
- Vết nứt dọc trong bầu dầm chứa cốt thép dự ứng lực
Xuất hiện ngay trong những năm đầu khai thác cầu. Nguyên nhân là do biến
dạng ngang lớn khi dự ứng lực nén mạnh bê tông và do co ngót bị cản trở. Hậu quả là
rỉ nhanh và trầm trọng ở cốt thép dự ứng lực, các sản phẩm do rỉ tạo ra sẽ trương nở to
thêm vết nứt, khiến rỉ càng nhanh hơn và sớm phá hoại kết cấu nhịp.
- Vết nứt ngang ở đoạn đầu dầm
Xuất hiện do ứng suất cục bộ quá lớn ở bên dưới mấu neo cốt thép dự ứng lực.
Phát triển trong thời kỳ đầu khai thác cầu.
- Vết nứt ở bên trên thớt gối


10

Nguyên nhân là do cấu tạo cốt thép đặt ở đầu dầm không đủ và cấu tạo đầu dầm
không hợp lý (neo đặt quá sát nhau, thớt gối ngắn,…Sự làm việc của thớt gối có ảnh
hưởng đến loại vết nứt này. Nếu gối di động bị kẹt không hoạt động tốt sẽ gây ra các
ứng lực phụ làm tăng các vết nứt này.














Hình 1.6 Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp cầu
1-Do co ngót 2-Nứt xiên 3- Nứt dọc tại chỗ tiếp giáp bản cánh và sườn dầm
4-Nứt ngang bản cánh trên 5-Nứt ngang bầu dầm dưới 6-Nứt dọc bầu dầm dưới
7-Nứt ở vùng sát gối 8-Nứt ngang ở đầu dầm
- Vỡ bê tông bầu dầm tại vị trí gối
Có trên 90% các cầu dầm chữ T, khe co giãn bằng bản thép đều bị hiện tượng
này. Nứt vỡ do bê tông chất lượng kém, dầm không mở rộng tại vị trí gối nên lực ép
cục bộ gây nứt vỡ.

Hình 1.7 Nứt vỡ bê tông bên trên thớt gối
- Nứt vỡ bê tông cánh dầm tại vị trí đầu dầm
Hỏng khe co giãn gây chấn động cục bộ


11

Hình 1.8 Nứt vỡ bê tông cánh dầm
- Bê tông rổ tổ ong, rỉ cốt thép, nứt vỡ
Hầu hết các cầu xây dựng trước những năm 1990 đều bị khuyết tật này (chiếm
trên 90%). Các vị trí khuyết tật này phổ biến là các mối nối dọc hoặc dưới bản cánh
đặc biệt là dầm biên do ống thoát nước kém hoặc nước mưa tạt.

Hình 1.9 Bê tông rổ tổ ong, rỉ cốt thép, nứt vỡ
- Trường hợp bị bong tróc và những hư hỏng khác
Sự tróc mảng của bê tông trải rộng trên toàn bộ bề mặt của kết cấu và làm hư
hại đến khả năng làm việc của kết cấu hoặc khi xét thấy nguy hiểm đến an toàn giao
thông.
1.4. Thực trạng của cầu Thủy Triều
- Quy mô: Cầu bằng bê tông cốt thép vĩnh cữu
- Tải trọng: 0,65HL93.


12

- Chiều dài toàn cầu L=58,8m (tính đến đuôi mố)
- Khổ cầu: B = 5,5+2x0,25 = 6,00 m.
- Tần suất thiết kế cầu P=4% .
- Cầu gồm 2 nhịp 24,7m.
+ Dầm BTCT: Tận dụng dầm BTCT DƯL cũ dài 24,7m
+ Mặt cắt ngang gồm 6 dầm chủ, tiết diện chữ T, cự ly giữa các dầm chủ 1,0m
+ Kết cấu hai mố, trụ: Bằng BTCT

Hình 1.10. Cầu Thủy Triều

Hình 1.11. Hiện tượng bong tróc bê tông dầm

13

Sau thời gian khai thác, kết cấu nhịp cầu xuất hiện hư hỏng ảnh hưởng đến năng lực
chịu tải của kết cấu cầu, hiện tại cầu đang được khai thác với nhiều xe tải trọng nặng.
Nếu không có biện pháp tăng cường ngăn cản sự phát triển các yếu tố bất lợi thì tốc độ
xuống cấp sẽ nhanh hơn.

Hình 1.12. Thực trạng dầm
Qua khảo sát cầu cho thấy hiện trạng hư hỏng nhịp 1 xuất hiện vết vỡ bêtông ở dầm 3;
Nhịp 2 nứt vỡ bêtông dầm chủ số 1, lộ cốt thép; Tình trạng mố M1 bình thường, chỉ
xuất hiện một số vết nứt vỡ, mố M2 gối cao su bị lão hóa, nứt vỡ.

Hình 1.13. Thực trạng dầm


14

Hình 1.14. Thực trạng dầm
1.5. Các biện pháp gia cƣờng cầu bêtông cốt thép và khả năng ứng dụng vào cầu
Thủy Triều
1.5.1. Bao bọc những chỗ hư hỏng bằng lớp bêtông hoặc BTCT
Bên cạnh những ưu điểm thì phương pháp này có nhược điểm rất khó áp dụng
cho cầu Thủy Triều là:
· Ván khuôn lắp ghép cồng kềnh
· Thi công phức tạp và khó khăn.
· Phải phá bỏ một phần kết cấu cũ.
· Liên kết giữa bêtông cũ và mới rất khó khăn.
· Sự co ngót khác nhau giữa bêtông cũ và lớp bêtông mới.
· Phát sinh thêm tĩnh tải gây bất lợi cho công trình.

· Làm tăng kích thước tiết diện cấu kiện.
Tăng độ cứng ngang của kết cấu nhịp (Tăng độ cứng ngang của kết cấu bằng
bản bê tông cốt thép mới, tăng độ cứng ngang bằng cấu tạo thêm các dầm ngang);
Tăng chiều cao dầm chủ (thay thế toàn bộ lớp phủ mặt cầu bằng lớp BTCT);
1.5.2. Sử dụng công nghệ dán bản thép
- Nội dung cơ bản của phương pháp
a. Nội dung cơ bản của phương pháp là dán 1 hoặc 2 lớp các dải bản thép dày 5 10mm lên bề mặt bê tông đã được chuẩn bị tốt để khôi phục khả năng chống nứt, khả
năng chịu mô men hoặc lực cắt của bộ phận kết cấu như dầm chủ, dầm ngang, bản mặt
cầu.