ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN KM8+050 HL16 TRÀ VINH DỰA VÀO KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CẦU. LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

NGUYỄN TẤN ÊM

ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN
KM8+050 HL16 TRÀ VINH DỰA VÀO KẾT QUẢ ĐÁNH
GIÁ THỰC NGHIỆM TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CẦU

Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thông
Mã số: 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. CAO VĂN LÂM

Đà Nẵng – Năm 2019


i

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, cho phép tôi được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến q Thầy Cơ giáo
trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung và q Thầy Cơ trong Khoa
Xây dựng Cầu Đường, trong bộ mơn Cầu Hầm nói riêng. Cảm ơn Thầy Cơ đã tận tình
dạy dỗ và chỉ bảo tơi trong suốt 2 năm học vừa qua.
Tôi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy giáo hướng dẫn
Tiến sĩ Cao Văn Lâm – người đã định hướng, giúp đỡ tận tình tơi trong suốt thời gian
hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Trong q trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót

là điều khó tránh khỏi. Tơi rất mong sự đóng góp ý kiến của q Thầy Cơ để đề tài
được hồn thiện hơn và để tơi vững vàng hơn khi tiếp xúc với công việc sau này.
Lời cuối cùng, tôi xin kính chúc q Thầy Cơ ln mạnh khỏe.
Trà Vinh, ngày tháng năm 2019
Học viên thực hiện

Nguyễn Tấn Êm


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến
sĩ Cao Văn Lâm là đề tài làm mới, không sao chép hay trùng với đề tài nào đã thực
hiện, chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã nêu trong báo cáo.
Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Nếu sai, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Học viên thực hiện

Nguyễn Tấn Êm


iii

ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN KM8+050 HL16
TRÀ VINH DỰA VÀO KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM
TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CẦU
Học viên: Nguyễn Tấn Êm.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng

Mã số: 85.80.205. Khóa: K36. Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt - Trên thế giới nói chung hay ở Việt Nam nói riêng, cụ thể là trên địa bàn tỉnh
Trà Vinh thì việc xây dựng mới cơ sở hạ tầng với nguồn kinh phí hạn chế là rất khó khăn.
Nên việc tìm hiểu các biện pháp nâng cấp cầu để đồng bộ hóa tải trọng là nhu cầu rất cần
thiết. Trong thực tế, có nhiều biện pháp nâng cấp cầu được sử dụng như: căng cáp dự ứng
lực ngoài, dán bản thép, dán vật liệu composite, mở rộng tăng cường tiết diện. Tuy nhiên,
việc nghiên cứu biện pháp nâng cấp cầu tối ưu nhất chưa được kỹ lưỡng. Vì vậy, tác giả
đi sâu tìm hiểu, đánh giá hiệu quả của các biện pháp nâng cấp trên cầu thực tế. Đầu tiên,
tác giả tiến hành kiểm định cầu cũ để đánh giá trạng thái kỹ thuật của cầu. Sau đó, tiến
hành tính tốn các biện pháp nâng cấp cầu, so sánh tính hiệu quả của mỗi biện pháp để đề
xuất biện pháp nâng cấp phù hợp nhất. Kết quả này sẽ góp phần bổ sung vào kho dữ liệu
về các biện pháp gia cường cầu. Đây là tiền đề để có sự so sánh cũng như lựa chọn các
biện pháp nâng cấp cầu trong tương lai.
Từ khóa - biện pháp nâng cấp; bê tông cốt thép; composite, dự ứng lực, kiểm định cầu.

A SUGGESTION ON UPGRADING METHOD FOR THANH NGUYEN
KM8+050 HL16 BRIDGE IN TRA VINH PROVINCE
BASED ON EXPERIMENTAL ASSESSMENT RESULTS
OF TECHNICAL BRIDGE STATUS
Abstract - Either in all over the world or Vietnam, particularly in Tra Vinh province, the
construction of new infrastructure with limited budget is very difficult. Therefore, it is
necessary to find measures to upgrade the bridge to synchronize the capacity. In fact,
there are many methods to upgrade bridge such as external prestressing cable tensioning,
steel plate gluing, composite material gluing, cross-section maximization. However, there
was not any insight optimal method to upgrade bridges. Therefore, the author made a
deep research to assesses the effectiveness of upgrading measures on actual bridges.
Firstly, the author conducted a test on old bridge to assess the technical bridge state.
Secondly, there was the calculation of methods to upgrade the bridge as well as compare
the effectiveness of each measure to find the most appropriate upgrading procedure. This
result will be added to the strengthening methods data. This will be a premise for making

comparison and selection of upgrading measures in the future.
Key words - upgrading method, reinforced concrete, composite, prestressed, bridge
testing.


iv

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii
MỤC LỤC .....................................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1.Lý do chọn đề tài .........................................................................................................1
2. Đối tƣợng nghiên cứu: ............................................................................................... 2
3. Phạm vi nghiên cứu: ..................................................................................................2
4. Mục tiêu nghiên cứu:.................................................................................................2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ..........................................................................................2
6. Dự kiến kết cấu nội dung của luận văn: ..................................................................2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU ..................4
1.1. Tổng quan về cầu bê tông cốt thép thƣờng ..........................................................4
1.2. Cấu tạo cầu Thanh Nguyên ...................................................................................4
1.3. Các iện pháp gia cƣờng của cầu cũ hiện nay: ....................................................6
1.3.1. Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài: ...........................................................6
1.3.1.1. Phạm vi áp dụng............................................................................................. 6
1.3.1.2. Nguyên tắc cấu tạo .........................................................................................6
1.3.1.3. Ứng dụng ........................................................................................................9
1.3.2. Gia cường bằng bản thép ...............................................................................10

1.3.2.1. Phạm vi áp dụng........................................................................................... 10
1.3.2.2. Nguyên tắc cấu tạo .......................................................................................10
1.3.3. Gia cường bằng vật liệu Composite .............................................................. 11
1.3.3.1. Phạm vi áp dụng........................................................................................... 11
1.3.3.2. Nguyên tắc cấu tạo .......................................................................................11
1.3.3.3. Ứng dụng ......................................................................................................14
1.3.4. Gia cường bằng tăng cường tiết diện ............................................................ 14
1.3.4.1. Phạm vi áp dụng........................................................................................... 15
1.3.4.2. Nguyên tắc cấu tạo ....................................................................................... 15
1.3.4.3. Ứng dụng ...................................................................................................... 16
1.4. Ƣu và nhƣợc điểm của các iện pháp nâng cấp cơng trình hiện nay ..............16
1.4.1. Phương pháp gia cường bằng căng cáp dự ứng lực ngoài.......................... 16
1.4.2. Phương pháp gia cường bằng gia cường bằng bản thép ............................. 17
1.4.3. Phương pháp gia cường bằng vật liệu composite.........................................17
1.4.4. Phương pháp gia cường bằng tăng cường tiết diện .....................................18


v

1.5. Những vấn đề cịn gặp phải trong cơng tác sửa chữa gia cƣờng cầu .............. 18
Kết luận chương 1 ........................................................................................................19
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................20
2.1. Phƣơng pháp đánh giá trạng thái của cầu ằng thực nghiệm .........................20
2.1.1. Các trường hợp cần đánh giá trạng thái của cầu ........................................20
2.1.2. Các nội dung đo các khi thử tải cầu .............................................................. 20
2.1.3. Cơng tác chuẩn bị thử tải ..............................................................................21
2.2. Phân tích lựa chọn tải trọng cần nâng cấp .........................................................22
2.3. Cơ sở lý thuyết tính tốn nâng cấp cơng trình cầu............................................22
2.3.1. Tính tốn gia cường bằng căng cáp DƯL ngồi ..........................................22
2.3.1.1. Tính tốn gia cường sức kháng uốn ............................................................. 22

2.3.1.2. Tính tốn gia cường sức kháng cắt .............................................................. 23
2.3.2. Tính tốn gia cường bản thép .......................................................................23
2.3.3. Tính tốn gia cường vật liệu composite ........................................................24
2.3.4. Tính tốn gia cường bằng tăng cường tiết diện ...........................................27
2.4. Kết quả tính tốn nâng cấp cơng trình cầu Thanh Nguyên ............................. 28
2.4.1. Thử tải trọng tĩnh đối với cơng trình, phương pháp thử tải tĩnh ............28
2.4.2. Phương pháp thử tải với tải trọng động ........................................................28
2.4.3. Tải trọng thử và các sơ đồ tải trọng .............................................................. 29
2.4.4. Các phương pháp đánh giá cầu ....................................................................29
2.4.5. Đánh giá cầu theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng .................................29
2.4.5.1. Đánh giá tải trọng thiết kế ...........................................................................30
2.4.5.2. Đánh giá tải trọng hợp pháp ........................................................................30
2.4.5.3. Đánh giá tải trọng cấp phép ........................................................................31
2.4.6. Quy trình đánh giá tải trọng theo phương pháp đánh giá hệ số tải trọng và
hệ số sức kháng ........................................................................................................31
2.4.6.1. Trình tự đánh giá .........................................................................................31
2.4.6.2. Cơng thức đánh giá tải trọng .......................................................................32
2.4.6.3. Tính tốn khả năng chịu tải C ......................................................................32
2.4.7. Hiệu ứng tải trọng .......................................................................................... 34
2.4.7.1. Hiệu ứng tĩnh tải .......................................................................................... 34
2.4.7.2. Hiệu ứng hoạt tải .........................................................................................35
Kết luận chương 2 ........................................................................................................35
CHƢƠNG 3: ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN ...36
3.1. Phƣơng pháp đo đạc thực nghiệm ......................................................................36
3.1.1. Công tác chuẩn bị đo đạc tại hiện trường.....................................................36
3.1.2. Tải trọng thử và các sơ đồ xếp tải .................................................................36
3.1.2.1. Nguyên tắc xác định tải trọng xe .................................................................36
3.1.2.2. Tải trọng thử nghiệm ....................................................................................36

vi

3.1.2.3. Bố trí sơ đồ thử tải .......................................................................................38
3.1.3. Bố trí điểm đo .................................................................................................40
3.2. Đánh giá trạng thái kỹ thuật của cơng trình cầu Thanh Ngun ....................46
3.3. Đề xuất iện pháp nâng cấp cơng trình cầu Thanh Ngun ............................ 49
3.3.1. Các đặc trưng hình học và các tham số liên quan .......................................49
3.3.2. Tính tốn gia cường dầm cầu Thanh Ngun..............................................50
3.3.2.1. Sức kháng của dầm chưa gia cường ............................................................ 51
3.3.2.2. Tính tốn gia cường dầm .............................................................................51
3.4. Đánh giá hiệu quả của ài tốn nâng cấp cơng trình cầu Thanh Ngun ......56
3.4.1. Hiệu quả gia cường sức kháng uốn .............................................................. 56
3.4.2. Hiệu quả gia cường sức kháng cắt................................................................ 56
3.4.3. Đánh giá hiệu quả gia cường ........................................................................56
Kết luận chương 3 ........................................................................................................56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................57
Kết luận ........................................................................................................................57
Kiến nghị ......................................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 58


vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0.1: Cầu Thanh Ngun ..................................................................................................... 1
Hình 1.1: Mặt cắt ngang cầu
....................................................................................... 5
Hình 1.2: Mặt cắt ngang dầm ..................................................................................................... 5
Hình 1.3: Gia cường bằng căng cáp DƯL ngồi theo sơ đồ thẳng. ............................................ 7
Hình 1.4: Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc. ...................................... 7

Hình 1.5: Sơ đồ căng cáp DƯL ngồi theo sơ đồ thẳng. ............................................................ 8
Hình 1.6: Sơ đồ căng cáp DƯL ngồi theo sơ đồ gãy khúc. ...................................................... 8
Hình 1.7: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc tại giữa nhịp. ................................. 9
Hình 1.8: Gia cường bằng bản thép dầm BTCT thường. ......................................................... 10
Hình 1.9: Gia cường bằng tăng cường tiết diện. ...................................................................... 15
Hình 1.10: Gia cường bằng tăng cường tiết diện trong thực tế ................................................ 16
Hình 2.1: Mơ hình tính tốn gia cường sức kháng uốn bằng căng cáp DƯL ngồi. ................ 22
Hình 2.2: Mơ hình tính tốn gia cường sức kháng uốn bằng dán bản thép. ............................. 23
Hình 2.3: Mơ hình tính tốn gia cường sức kháng uốn bằng dán tấm FRP. ............................ 24
Hình 2.4: Mơ hình tính tốn gia cường sức kháng uốn bằng mở rộng tiết diện. ...................... 27
Hình 2.5. Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp ........................................................................ 32
Hình 3.1: Tải trọng thử ............................................................................................................. 37
Hình 3.2: Đo đạc vị trí xếp tải .................................................................................................. 37
Hình 3.3: Điều động tải trọng thử............................................................................................. 38
Hình 3.4: Sơ đồ xếp tải đúng tâm ............................................................................................. 39
Hình 3.5: Sơ đồ xếp tải lệch tâm thượng lưu ............................................................................ 39
Hình 3.6: Sơ đồ xếp tải lệch tâm hạ lưu ................................................................................... 39
Hình 3.7: Sơ đồ bố trí điểm đo võng dầm ................................................................................ 40
Hình 3.8: Lắp đặt thiết bị đo ..................................................................................................... 41
Hình 3.9: Lắp đặt đồng hồ đo chuyển vị .................................................................................. 41
Hình 3.10: Đọc số liệu đo ......................................................................................................... 42
Hình 3.11: Biểu đồ chuyển vị của các dầm dưới tác dụng của tải trọng đúng tâm .................. 43
Hình 3.12: Biểu đồ chuyển vị của các dầm dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm thượng lưu . 44
Hình 3.13: Biểu đồ chuyển vị của các dầm dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm hạ lưu ........ 45
Hình 3.14: Biểu đồ tổng hợp độ võng theo 3 sơ đồ xếp tải ...................................................... 46
Hình 3.15: Tải trọng 3 .............................................................................................................. 48
Hình 3.16: Tải trọng 3S2 .......................................................................................................... 48
Hình 3.17: Tải trọng 3-3 ........................................................................................................... 49
Hình 3.18: Mắt cắt ngang dầm cầu Thanh Nguyên .................................................................. 50

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: So sánh đặc trưng ba loại sợi theo Meier 1994. ....................................................... 12
Bảng 1.2: So sánh các đặc trưng cơ học của các loại sợi khác nhau với thép. ......................... 14
Bảng 2.1: Hệ số tải trọng của hoạt tải theo TTGH ................................................................... 34
Bảng 2.2: Hệ số tải trọng của tải trọng hợp pháp ..................................................................... 34
Bảng 3.1: Thơng số về kích thước và tải trọng xe thử nghiệm................................................. 38
Bảng 3.2: Kết quả đo võng và hệ số phân bố ngang các dầm dọc nhịp N1 ............................. 42
Bảng 3.3: Kết quả đo võng và hệ số phân bố ngang các dầm dọc nhịp N1 ............................. 44
Bảng 3.4: Kết quả đo võng và hệ số phân bố ngang các dầm dọc nhịp N1 ............................. 45
Bảng 3.5: Hệ số điều kiện (ФC): .............................................................................................. 47
Bảng 3.6: Hệ số tải trọng .......................................................................................................... 47
Bảng 3.7: Các hệ số đánh giá theo khả năng chịu uốn ............................................................. 48
Bảng 3.8: Các hệ số đánh giá theo khả năng chịu cắt .............................................................. 48
Bảng 3.9: Tải trọng cắm biển ................................................................................................... 49
Bảng 3.10: Tổ hợp nội lực theo TTGH CĐ .............................................................................. 50
Bảng 3.11: Tổ hợp nội lực theo TTGH CĐ .............................................................................. 50
Bảng 3.12: Kích thước vật liệu gia cường. ............................................................................... 55
Bảng 3.13: Bảng tổng hợp hiệu quả gia cường sức kháng uốn ................................................ 56
Bảng 3.14: Bảng tổng hợp hiệu quả gia cường sức kháng cắt ................................................. 56


ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BTCT
DƯL
TCTD

FRP
TCN
TTGH CĐ
TTGH SD

: Bê tông cốt thép
: Dự ứng lực
: Tăng cường tiết diện
: Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Polime)
: Tiêu chuẩn ngành
: Trạng thái giới hạn Cường độ
: Trạng thái giới hạn Sử dụng


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việc phát triển mạng lưới giao thông là điều kiện tiền đề quan trọng để thúc đẩy
phát triển kinh tế-xã hội. Hiện nay, nước ta đang thực hiện q trình chuyển đổi mơ
hình tăng trưởng, tái cấu trúc nền kinh tế nên việc xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng,
trong đó có việc phát triển mạng lưới giao thông một cách đồng bộ, hiện đại sẽ là yếu
tố quan trọng thúc đẩy quá trình cơ cấu lại nền kinh tế, nâng cao hiệu quả, sức cạnh
tranh của nền kinh tế.
Tuy nhiên, Việt Nam có điều kiện thời tiết phức tạp, bất lợi cho cơng trình xây
dựng nói chung và kết cấu bê tơng cốt thép nói riêng. Riêng ở tỉnh Trà Vinh, sự xâm
thực mạnh của môi trường gây ra hiện tượng rỉ thép, bong tróc lớp bê tơng bảo vệ và
làm giảm sức chịu tải của hệ thống kết cấu chịu lực bằng bê tông cốt thép.
Để phát triển mạng lưới hạ tầng giao thông, song song với việc xây dựng mới thì
việc duy trì sửa chữa các cơng trình cũ phải được chú trọng phù hợp với định hướng

phát triển hạ tầng giao thơng. Hằng năm, ln có rất nhiều nguồn ngân sách để phục
vụ cho việc này, tuy nhiên vẫn chưa đủ để đáp ứng cho số lượng lớn cầu cũ ở nước ta.
Cụ thể hiện trạng cơ sở hạ tầng giao thông trên địa bàn tỉnh Trà Vinh với mạng
lưới đường đi qua gồm: Quốc lộ 53, Quốc lộ 54, Quốc lộ 60, hệ thống mạng lưới
đường tỉnh từ Đường tỉnh 911, Đường tỉnh 912, Đường tỉnh 913, Đường tỉnh 914,
Đường tỉnh 915, Đường tỉnh 915B và các đường huyện (Hương lộ 1… Hương lộ 51,
Hương lộ 81) . Trong đó:
+ Trên các tuyến đường tỉnh có 34 cây cầu, với tổng chiều dài 2.257,7m, chủ yếu
có kết cấu bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép dự ứng lực, thép,…, một số cầu
có tải trọng chưa đồng bộ với hệ thống đường.
+ Chiều dài các cầu hệ thống đường huyện với tổng cộng 3.609,8m. Chất lượng
cầu không đồng bộ cịn nhiều cầu thép, cầu gỗ có tải trọng thấp <3T.
Cụ thể, cầu BTCT Thanh Nguyên tại Km 8+050 trên đường huyện 16 huyện
Châu Thành, tỉnh Trà Vinh có sức chịu tải là 3,5 tấn, trong khi tải trong cho phép của
đường là 10 tấn.

Hình 0.1: Cầu Thanh Nguyên


2

Dựa vào nguồn vốn hiện có và số lượng lớn cầu cũ ở nước ta thì việc lựa chọn
các biện pháp gia cường để nâng cấp các kết cấu công trình cầu là rất phù hợp. Hiện
nay có rất nhiều biện pháp gia cường cầu như: gia cường bằng cáp DƯL ngoài, gia
cường bằng bản thép, gia cường bằng vật liệu composite và gia cường bằng tăng
cường tiết diện. Để có cơ sở lựa chọn biện pháp nâng cấp thì cần phải biết trạng thái
kỹ thuật của cầu.
Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu biện pháp nâng cấp cầu Thanh Nguyên
nhằm đảm bảo sự lưu thông xuyên suốt và sự đồng bộ về tải trọng trên tuyến là hết
sức cần thiết. Và đó là cơ sở để tiến hành nâng cấp cầu yếu trên địa bàn tỉnh. Vì vậy

nên em chọn đề tài “Đề xuất biện pháp nâng cấp cầu Thanh Nguyên Km8+050 HL16
Trà Vinh dựa trên kết quả đánh giá thực nghiệm trạng thái kỹ thuật cầu” là phù hợp
với nhu cầu thực tiễn của tỉnh Trà Vinh.
2. Đối tƣợng nghiên cứu:
- Các phương pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật cơng trình cầu.
- Các cơng nghệ gia cường cầu.
3. Phạm vi nghiên cứu:
- Cầu Thanh Nguyên, huyện lộ 16, Tỉnh Trà Vinh.
- Nghiên cứu các biện pháp và công nghệ gia cường cầu.
- So sánh lựa chọn biện pháp phù hợp.
4. Mục tiêu nghiên cứu:
- Đánh giá được trạng thái kỹ thuật của cầu Thanh Nguyên.
- Đề xuất biện pháp gia cường phù hợp.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
6. Dự kiến kết cấu nội dung của luận văn:
Phần mở đầu
- L do chọn đề tài (sự cần thiết phải nghiên cứu).
- Đối tượng nghiên cứu.
- Phạm vi nghiên cứu.
- Mục tiêu nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu.
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CƠNG TRÌNH
CẦU
1.1. Tổng quan về cầu bê tông cốt thép thường
1.2. Cấu tạo cầu Thanh Nguyên
1.3. Tổng quan về các biện pháp nâng cấp cơng trình cầu hiện nay
1.4. Ưu và nhược điểm của các biện pháp nâng cấp cơng trình hiện nay
1.5. Những vấn đề cịn gặp phải trong cơng tác sửa chữa gia cường cầu

3

Kết luận chương 1
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Phương pháp đánh giá trạng thái của cầu bằng thực nghiệm
2.2 Phân tích lựa chọn tải trọng cần nâng cấp
2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn nâng cấp cơng trình cầu
2.4 Kết quả tính tốn nâng cấp cơng trình cầu Thanh Nguyên
Kết luận chương 2
Chƣơng 3: ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU THANH NGUYÊN
3.1 Phương pháp đo đạc thực nghiệm
3.2 Đánh giá trạng thái kỹ thuật của cơng trình cầu Thanh Ngun
3.3 Đề xuất biện pháp nâng cấp cơng trình cầu Thanh Nguyên
3.4 Đánh giá hiệu quả của bài toán nâng cấp cơng trình cầu Thanh Ngun
Kết luận chương 3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO


4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CẤP CẦU
1.1. Tổng quan về cầu bê tông cốt thép thƣờng
Cầu BTCT xuất hiện đầu tiên vào những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi xi
măng được phát minh vào khoảng năm 1825, việc đặt thép vào bê tông xuất hiện lẻ tẻ
vào những năm 1835-1850. Từ năm 1855 trở đi BTCT mới chính thức ra đời tại Pháp.
Năm 1975 Joseph Monier đã xây dựng cầu BTCT đầu tiên dài 15,24m, rộng
3,96m.
Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu BTCT chủ yếu là cầu nhịp nhỏ - cầu bản, dầm,

vòm. Năm 1896, người ta đã xây dựng cầu vòm nhịp 45m tại nước Nga.
Giai đoạn đầu thế kỷ XX, cầu BTCT phát triển mạnh mẽ ngoài dạng đơn giản,
người ta đã bắt đầu làm cầu liên tục, cầu khung, dầm công xơn nhịp 30 - 40m. [1]
Q trình phát triển cầu BTCT ở Việt Nam có thể chia thành các giai đoạn ứng
với các giai đoạn của lịch sử đấu tranh giành độc lập, giữ nước và xây dựng đất nước:
Thời kỳ trước cách mạng tháng 8:
Vào thời kỳ này, đã có nhiều cầu thuộc hệ thống nhịp bản, dầm giản đơn, dầm
hẫng, vòm BTCT thường với nhịp 2m đến 20m được xây dựng trên các tuyến đường
sắt và đường bộ. Ví dụ chỉ trên tuyến đường sắt Hà Nội - Hồ Chí Minh có khoảng hơn
600 cầu BTCT nhịp 8m đến 11m xây dựng từ năm 1927-1932, đến nay vẫn còn tận
dụng được sau khi gia cố sửa chữa nhiều đợt.
Thời kỳ sau Cách mạng tháng 8-1945 đến năm 1954:
Đây là thời kỳ kháng chiến chống Pháp nên hầu như rất ít cầu BTCT được xây
dựng mới.
Thời kỳ 1954 đến 1992:
Trong thời kỳ này nước ta bị chia làm 2 miền và sự phát triển cũng đi theo 2
hướng khác nhau:
Ở miền Bắc ngay sau 1954 nhiều cầu BTCT thường thuộc hệ bản, dầm giản đơn,
dầm hẫng đúc bê tông đổ tại chỗ đã được xây dựng.
Ở miền Nam ngoài sự phát triển của cầu BTCT thường thì cầu BTCT dự ứng lực
bắt đầu phát triển.
Thời kỳ 1992 đến nay:
Đây là thời kỳ quan hệ đối ngoại được mở rộng và các công nghệ tiên tiến của
thế giới được chuyển giao vào nước ta. Nên cầu BTCT được thay thế bằng cầu BTCT
DƯL.
1.2. Cấu tạo cầu Thanh Nguyên
Cầu Thanh Nguyên nằm tại Km8+050 HL16, huyện Châu Thành, tỉnh Trà Vinh.
Cầu có kết cấu nhịp 9,5+12,5+9,5m, mỗi nhịp gồm 3 dầm dọc bê tơng cốt thép. Dầm
biên có 4 dầm ngang và dầm giữa có 5 dầm ngang.

5

Hiện tại cầu được cắm biển tải trọng cho phép là 3,5 tấn, trong khi đường huyện
16 cắm biển tại trọng cho phép là 10 tấn.
MCN Dầm dọc

350
150

25

18

18

125
125
HìnhMặt
1.1:cắt
Mặngang
t cắt ngang
Hình 1.1:
cầu cầu

18

18
MCN Dầm ngang
65

85

1218 25

10

85

150

20 15
10

25

15
Hình 1.2:
Mặt cắt ngang dầm

Hình 1.2: Mặt cắt ngang dầm

* Kết cấu cầu:
Cầu Thanh Nguyên đuợc thiết kế năm 1985 với tải trọng thiết kế H10 và X60
theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18-79 bằng cáp DUL
căng trước với các nội dung sau:
- Chiều dài toàn cầu Ltc=32,3 m (kể cả chiều dày tường đỉnh)
- Tổng bề rộng cầu: B = B1 + 2B2 = 3,5 m.
+ Mặt xe chạy: B1 = 3 m
+ Lan can:

B2 = 0,25 m
- Tải trọng thiết kế:
+ Hoạt tải thiết kế H10 và X60
+ Đoàn người 0 kN/m2.
- Kết cấu nhịp:
+ Cầu gồm 3 nhịp 9,5+12,5+9,5, mỗi nhịp gồm 3 dầm BTCT DUL tiết diện chữ
chữ nhật, chiều cao dầm H=0,85 m, khoảng cách tim các dầm chủ là 1,25 m.
+ Trên mỗi nhịp biên có 4 dầm ngang, trên nhịp giữa có 5 dầm ngang.
+ Kết cấu phần dƣới:
- Mố cầu: Hai mố có kết cấu giống nhau, xà mũ, tường đỉnh và tường cánh bằng
BTCT, bờ chài trước mố và nón mố bằng đá hộc xây. Mỗi mố gồm hai hàng cọc
BTCT (mỗi hàng 2 cọc), tiết diện cọc (40x40)cm.
- Trụ cầu: Các trụ có kết cấu giống nhau dạng trụ dẻo BTCT, xà mũ trụ bằng
BTCT đặt trên 4 cọc BTCT, tiết diện cọc (40x40)cm.


6

+ Đƣờng hai đầu cầu và hệ thống biển báo an tồn giao thơng :
- Mặt đường bê tơng nhựa hai đầu cầu rộng Bm=3,5m, Bn=5,5m và được vuốt
nối nhỏ dần khi vào cầu.
+ Mặt đường láng nhựa.
+ Hai đầu cầu đặt biển báo tên cầu và biển báo tải trọng 3,5T.
1.3. Các iện pháp gia cƣờng của cầu cũ hiện nay:
1.3.1. Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài:
1.3.1.1. Phạm vi áp dụng
Ngoài việc dùng cáp DƯL trong việc chế tạo dầm, việc dùng cáp DƯL để gia
cường cho cầu được nghĩ tới khi các cơng trình cầu này xuống cấp, không đáp ứng các
yêu cầu về tải trọng cũng như độ võng. Vì biện pháp dùng cáp DƯL để gia cường cho
cầu có chi phí tương đối rẻ (rẻ so với việc xây dựng cơng trình cầu mới).

Biện pháp dự ứng lực ngoài được sử dụng như là 1 phương pháp để tăng cường
và nâng cấp kết cấu bê tông nhằm cải thiện khả năng khai thác của kết cấu bê tông
hiện hữu. Tương tự như kết cấu bê tơng dự ứng lực, giải pháp dự ứng lực ngồi có thể
sử dụng để giảm hay chống lại việc hình thành vết nứt của bê tơng. Nó cũng có thể sử
dụng để giảm hay làm thu hẹp bề rộng vết nứt hữu hiệu. Tác dụng của việc này làm
tăng khả năng của kết cấu chống lại hiện tượng gỉ cốt thép. Biên độ ứng suất trong bê
tơng có thể giảm do tăng lực chịu mỏi của kết cấu. Sự hiện diện của độ võng quá mức
trong các dầm bê tông có thể được loại bỏ hồn tồn.
Phương pháp gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài được áp dụng trong các
trường hợp sau:
- Dùng để chủ động khép kín các vết nứt và nâng cấp các dầm cầu BTCT, BTCT
DƯL.
- Thay thế các bó cáp cũ đặt trong bê tơng bằng các bó cáp DƯL căng ngồi
- Liên tục hóa các dầm giản đơn thành các nhịp liên tục 3 nhịp, 4 nhịp, 5 nhịp.
- Các nhịp dầm BTCT thực hiện khơng có bản ngăn, có thể dùng DƯL căng
ngồi căng theo chiều dọc để triệt tiêu các vết nứt và dùng cáp ngang để thực hiện các
bản ngăn bổ sung.
1.3.1.2. Nguyên tắc cấu tạo
*Nguyên lý công nghệ:
Sử dụng các lực dọc trục và mômen ngược dấu tải trọng để tăng sức kháng uốn
của dầm và nâng cao khả năng chống nứt, tăng khả năng chịu cắt của kết cấu.
Hệ thống neo sử dụng giống như hệ thống neo sử dụng trong kết cấu BTCT DƯL
thơng thường. Các neo có thể cố định tại các bộ phận khác nhau của bản mặt cầu như
tại khối đầu dầm, dầm ngang, sườn dầm hay bản cánh.
*Giải pháp công nghệ:
Sơ đồ đường đi của cáp DƯL: đường đi của cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng
hoặc gãy khúc.


7

- Sơ đồ thẳng có ưu điểm là đơn giản, dễ thi cơng vì khơng phải bố trí cấu tạo
phức tạp ở điểm gãy khúc. Mất mát ứng suất do ma sát trong cáp rất nhỏ nhưng lại có
hiệu quả khơng cao và lực chống cắt của kết cấu ít được cải thiện.
1
2
3
Tàng cỉåìng dáưm cáưu BTCT bàịng DỈL ngoi tuún cạp thàóng

1 - Dầm BTCT; 2 - Vấu neo cáp DƯL ngồi; 3 - Cáp DƯL ngồi
1 - Dáưm ch BTCT
Hình 1.3: Gia cường
bằng căng cáp DƯL ngồi theo sơ đồ thẳng.
2 - Váúu neo cạp DỈL ngoi
3 - Cạpcáp
DỈL ngo
i
- Sơ đồ gãy khúc: tuyến
gãy
khúc đi theo sát biên độ mô men uốn hơn và
tăng cường được sức chống cắt của dầm. Tuy nhiên tuyến cáp dạng này phải tạo ra các
chi tiết chuyển hướng, làm tăng tĩnh tải và việc thi cơng khó khăn hơn.
1
2
4

3

1 - Dầm BTCT; 2Tàng
- Vấu

neo cáp DƯL ngoài; 3 - Cáp DƯL ngồi;
cỉåìng dáưm cáưu BTCT bàịng DỈL ngoi bàịng tuún cạp gy khục
- Vấu
1 - Dáư4
m ch
BTCT chuyển hướng
2 - Váúucăng
neo cạpcáp
DỈL DƯL
ngoi ngồi theo sơ đồ gãy khúc.
Hình 1.4: Gia cường bằng
3 - Cạp DỈL ngoi
Giải pháp bố trí neo cáp DƯL
ngồi:
4 - Váúu chuøn hỉåïng.
- Neo trực tiếp vào kết cấu: nếu có điều kiện, cáp được neo trực tiếp vào các ngăn
hoặc dầm ngang ở đầu dầm và các bản ngăn trung gian. Nếu bản ngăn không đủ sức
chịu lực thì phải gia cường chúng. Bản ngăn được khoan lỗ để luồn cáp và bố trí các
bản đệm thép hoặc bê tông cốt thép dưới neo.
- Neo vào các chi tiết cấu tạo đặt ngoài kết cấu: nếu khơng có điều kiện neo trực
tiếp vào kết cấu thì neo cáp DƯL ngoài vào các bộ phận cấu tạo hình thành bổ sung
nằm ngồi tiết diện bê tơng của cơng trình cũ. Những cấu tạo bổ sung như là:
+ Dầm ngang BTCT đúc tại chổ hoặc lắp ghép đặt ở góc dầm.
+ Bản ngăn bổ sung phục vụ riêng cho DƯL ngoài.
Dầm ngang, bản ngăn bổ sung phải được liên kết chặt với dầm chủ để truyền
DƯL ngoài qua neo vào tiết diện bê tông cũ. Bê tông các bộ phận cấu tạo này thường
đổ tại chổ. Chúng phải được ngàm chặt ở chu vi vào thành của tiết diện bằng cách:
Đục bê tông cầu cũ cho tới cốt thép cấu tạo, xử lý 2 bên của thành kết cấu cũ. Do kích
thước nhỏ thường phải dùng DƯL để áp chặt vào bê tông cũ để chống cắt và trượt.
Vấu neo gây nhiều ứng suất tập trung cục bộ trong bê tơng cũ. Vì vậy để tránh các ứng

suất phụ, vấu neo thường được đặt ở trong vùng chịu nén, gần những chổ vút tiếp giáp
thành đứng và bản ngang của kết cấu.
Giải pháp bố trí chuyển hướng cáp:


8

Trong trường hợp tuyến cáp DƯL ngoài đi theo hướng gãy khúc thì ở điểm gãy
khúc cần bố trí điểm chuyển hướng. Vị trí chuyển hướng đặt ở dầm ngang bản ngang
sẵn có hoặc bổ sung để neo cáp sẽ tính tổng hợp cùng các lực khác do chúng phải chịu
ứng suất với mục tiêu của chúng là vị trí neo và vị trí chuyển hướng có thể đặt riêng ở
vấu chuyển hướng hoặc đặt chung ở vấu neo. Trường hợp đặt chung thì lực phải tính
là tổng hợp các lực do neo và chuyển hướng cáp DƯL ngoài. Tại các ụ chuyển hướng
có bố trí lỗ để luồn cáp trong đó đặt ống đỡ cứng bằng thép uốn theo góc xác định.
*Các sơ đồ căng cáp DƯL ngồi thường dùng:

Hình 1.5: Sơ đồ căng cáp DƯL ngồi theo sơ đồ thẳng.

Hình 1.6: Sơ đồ căng cáp DƯL ngồi theo sơ đồ gãy khúc.


9

Hình 1.7: Sơ đồ căng cáp DƯL ngồi theo sơ đồ gãy khúc tại giữa nhịp.
1.3.1.3. Ứng dụng
*Thế giới:
Hiện nay, dự ứng lực rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới, và một số lượng lớn
cầu BTCT DƯL ngoài đã được xây dựng có sử dụng cáp dự ứng lực ngồi. Cơng nghệ
này đã được sử dụng để xây dựng cầu vào những năm 1920 và 1950 tại châu Âu. Tuy
nhiên, sau đó DƯL ngồi hầu như bị cấm sử dụng do thiếu phương pháp chống gỉ cho

cáp cường độ cao và chi phí sửa chữa chúng rất lớn. Sau khi DƯL ngoài được chấp
nhận như một biện pháp để tăng cường cho những cầu BTCT DƯL vào những năm
1970 ở Pháp, các hệ thống chống gỉ cho cáp đã được phát triển đáng kể. Với việc xây
dựng cầu Florida Key có sử dụng cáp dự ứng lực ngồi ở Mỹ, thì phương pháp này
được phát triển nhanh chóng. Việc chỉ sử dụng cáp dự ứng lực ngoài hoặc kết hợp với
cáp dự ứng lực trong được tiến hành xây dựng cầu đặc biệt là ở Pháp. Một l thuyết có
hệ thống về DƯL ngồi đã được phát triển vào năm 1983 và SETRA phát hành bản
thảo đầu tiên về tiêu chuẩn thiết kế vào năm 1990.
Ở Nhật, từ việc sử dụng kết hợp cáp dự ứng lực trong và cáp dự ứng lực ngoài
cho cầu Sassamegawa trên tuyến đường sắt cao tốc Tohoku Shinkansen vào năm 1985,
thì DƯL ngồi được sử dụng nhiều hơn.
*Việt Nam:
Phương pháp này được áp dụng ở cầu Đa Phúc (Hà Nội). Trường hợp cầu Đoan
Hùng (Phú Thọ) trước đây là cầu 5 nhịp giản đơn nay đã liên tục hóa thành cầu liên
tục 5 nhịp 24m. Cầu Tân An cũ cũng được thiết kế tăng cường bằng DƯL ngồi, trong
đó các nhịp BTCT DƯL 24,7m được nối 2, 3 nhịp thành 1 nhịp liên tục; ngồi ra cịn


10

sử dụng DƯL ngoài để tăng cường cho cả nhịp thép.
Cầu Sài Gòn được gia cường bằng hệ thống DƯL mới đặt ngồi bê tơng theo
chiều dọc và chiều ngang cầu. Cáp DƯL ngoài gồm các dây 4T15 và 7T15, được bôi
mỡ và bọc trong ống HDPE bơm xi măng chạy dọc theo chiều dọc cầu để liên kết 4
nhịp, 5 nhịp dẫn giản đơn thành hệ dầm liên tục.
Cầu Mỏ Cày nằm trên quốc lộ 60 tỉnh Bến Tre. Mặt cắt ngang cầu hình chữ T,
cầu gồm 9 dầm BTCT DƯL. Cốt thép DƯL loại tao xoắn 7 sợi Þ12,7mm có độ tự
chùng thấp.
1.3.2. Gia cường bằng bản thép
1.3.2.1. Phạm vi áp dụng

Dùng để sửa chữa sự giảm khả năng chịu lực hoặc hư hỏng của các phần tử kết
cấu. Sử dụng trong những trường hợp tăng cường cường độ sau:
- Tăng cường khả năng chịu uốn của dầm BTCT hoặc bản bê tơng cốt thép tại
vùng có mơ men dương hoặc mô men âm.
- Tăng cường khả năng chịu chống cắt của dầm bê tông cốt thép.
1.3.2.2. Nguyên tắc cấu tạo
*Nguyên lý công nghệ:
Nội dung cơ bản của phương pháp là dán 1 hoặc 2 lớp các dải bản thép dày 510 mm 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 các bộ phận kết cấu như dầm chủ, dầm
ngang, bản mặt cầu.

1 - Dầm bê tông; 2 - Chốt treo gông; 3 - Dây hoặc thanh treo
4 - Tăng đơ; 5 - Bản thép; 6 - Thành ngang của gông đỡ
Hình 1.8: Gia cường bằng bản thép dầm BTCT thường.
*Vật liệu:
Keo dán bản thép là loại keo công nghiệp đã được chế tạo sẵn và được cung cấp
từ Công ty Sika với chất lượng đảm bảo. Không sử dụng các loại keo tự pha chế.
Bản thép bằng loại thép CT3 hoặc tương đương có kích thước tùy theo thiết kế
và phù hợp với kích thước bộ phận kết cấu BTCT cần được sửa chữa. Có thể dán bản
thép dọc theo đáy dầm để cải thiện khả năng chịu mô men và ngăn ngừa vết nứt ngang.
Có thể dán các bản thép nghiêng trên bề mặt thẳng đứng của thành dầm để tăng cường
cho các cốt thép xiên và cốt đai chịu lực cắt và ngăn ngừa các vết nứt xiên. Cũng có


11

thể dán các bản thép nằm ngang theo hướng ngang cầu ở đáy bản để tăng khả năng
chịu lực của bản mặt cầu.
*Hệ thống gá đỡ và tạo lực ép:
Tùy điều kiện cụ thể và trọng lượng bản thép có thể chọn một trong các hệ thống

gá đỡ và tạo lực ép dán như sau:
- Sử dụng các bu lông neo (nên dùng cho bản thép dán ở đáy bản mặt cầu BTCT
và bản thép dán vào mặt bên của thành dầm).
- Sử dụng hệ thống quang treo bằng thép góc, thép trịn và tăng đơ, móc neo vào
thành dầm (nên dùng cho bản thép dán ở đáy dầm chủ).
*Trình tự thi cơng:
- Vệ sinh bề mặt vị trí cần gia cường.
- Pha trộn tỉ lệ keo theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Quét keo lên bề mặt vị trí cần gia cường.
- Tiến hành dán bản thép, lắp đặt hệ thống gá đỡ và tạo lực ép.
- Hoàn thiện.
1.3.3. Gia cường bằng vật liệu Composite
1.3.3.1. Phạm vi áp dụng
Dùng để sửa chữa sự giảm khả năng chịu lực hoặc hư hỏng của các phần tử kết
cấu bằng cách dán hoặc bọc bên ngoài cấu kiện. Sử dụng trong những trường hợp tăng
cường cường độ sau:
- Tăng khả năng chịu cắt và chịu uốn của dầm BTCT để sửa chữa, gia cố và tăng
cường khả năng chịu tải trọng động.
- Tăng cường khả năng chịu uốn của sàn BTCT tại vùng có mơ men dương và
mơ men âm.
- Tăng khả năng chịu uốn và bó cột BTCT để tăng cường khả năng chịu lực và
chịu tải động.
1.3.3.2. Nguyên tắc cấu tạo
*Ngun lý cơng nghệ:
Mục đích của cơng tác thi công sửa chữa gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng
tấm FRP là đặt tấm FRP vào vị trí cần tăng cường khả năng chịu lực với hướng sợi
phù hợp với phương chịu lực để tận dụng được khả năng chịu kéo và độ bền của sợi
FRP, đồng thời phải đảm bảo cho tấm FRP không bị tách lớp cũng như tách khỏi bề
mặt bê tông.
*Sơ lược về vật liệu FRP và lịch sử phát triển

FRP có tên tiếng Anh là Fiber Reinforced Polymer là một dạng vật liệu
composite được chế tạo từ các vật liệu sợi, trong đó ba loại vật liệu sợi thường được sử
dụng là sợi cacbon, sợi thủy tinh, sợi aramid. Các sản phẩm FRP tương ứng với các
loại sợi sử dụng tạo thành là: CFRP, GFRP, AFRP.


12

Vật liệu FRP có các dạng như FRP dạng tấm, FRP dạng thanh, FRP dạng cáp,
FRP dạng vải, dạng cuộn. Trong sửa chữa và tăng cường kết cấu thường dùng dạng
tấm và dạng vải. Hiện nay trên thế giới có các hãng sản xuất vật liệu FRP như: Sika,
Tyfo®, MBraceTB, Toray, Trung Quốc, Ấn Độ.
Kết cấu BTCT là loại vật liệu có sự tiến hóa theo thời gian và rất nhạy cảm với
các điều kiện môi trường. Cả bê tông lẫn thép, hai loại vật liệu cấu thành nên kết cấu
BTCT, dưới tác động xâm thực mạnh của môi trường đều dễ bị suy thoái theo thời
gian. Cách đây vài thế kỷ người ta đã có ý tưởng sử dụng vật liệu composite trong xây
dựng. Ở các nước châu Âu và Bắc Mỹ như Canada, Mỹ đã nghiên cứu ra loại vật liệu
mới nhằm tăng cường khả năng chịu lực cho cơng trình. Sản phẩm composite đầu tiên
được biết đến là FRP có cốt sợi thủy tinh và chất nền là polyester dùng để sản xuất vỏ
thuyền vào năm 1930. Từ đó vật liệu FRP đã có một cuộc cách mạng tồn diện trên tất
cả các ngành như khơng gian vũ trụ, ngành điện, giao thông... Năm 1940 Hải quân và
Không quân Hoa Kỳ đã sử dụng vật liệu FRP vào trong cơng nghiệp quốc phịng. Do
có cường độ cao và trọng lượng nhẹ nên những năm 60 của thế kỷ trước, các ngành
hàng không và ngành sản xuât ô tô cũng đã sử dụng loại vật liệu này.
*Cấu tạo của vật liệu Composite :
Cốt sợi :
Trong vật liệu FRP chức năng chính của cốt sợi là chịu tải trọng, cường độ, độ
cứng, ổn định nhiệt. Vì vậy, cốt sợi được sử dụng để sản xuất vật liệu FRP phải đảm
bảo các yêu cầu sau đây:
- Mô đun đàn hồi cao;

- Cường độ tới hạn cao;
- Sự khác biệt về cường độ giữa các sợi với nhau là không lớn;
- Cường độ ổn định cao trong vận chuyển;
- Đường kính và kích thước các sợi phải đồng nhất.
Vật liệu FRP được sản xuất từ các vật liệu sợi trong đó có ba loại vật liệu thường
sử dụng là sợi cacbon, sợi thủy tinh và sợi aramid.
Bảng 1.1: So sánh đặc trưng ba loại sợi theo Meier 1994.
Loại sợi
Tiêu chuẩn
Cacbon
Aramid
Thủy tinh
Cường độ chịu kéo
Rất tốt
Rất tốt
Rất tốt
Mô đun đàn hồi
Rất tốt
Tốt
Trung bình
Ứng xử dài hạn
Rất tốt
Tốt
Trung bình
Ứng xử mỏi
Đặc biệt tốt
Tốt
Trung bình
Trọng lượng
Tốt

Đặc biệt tốt
Trung bình
Sức kháng kiềm
Rất tốt
Tốt
Khơng tốt
Giá thành
Trung bình
Trung bình
Rất rẻ


13

Chất dẻo nền:
Trong vật liệu FRP chất dẻo nền có vai trị là chất kết dính. Các chức năng chủ
yếu của chất dẻo nền:
- Truyền lực giữa các sợi riêng rẽ;
- Bảo vệ bề mặt của các sợi khỏi bị mài mòn;
- Bảo vệ các sợi, ngăn chặn mài mòn và các ảnh hưởng do mơi trường;
- Kết dính các sợi với nhau;
- Phân bố, giữ vị trí các sợi vật liệu FRP;
- Thích hợp về hóa học và nhiệt với cốt sợi.
Trong vật liệu FRP thì chất dẻo nền có chức năng truyền lực giữa các sợi, các cốt
sợi chịu tải trọng, cường độ, độ cứng, ổn định nhiệt. Chất dẻo nền dùng để sản xuất vật
liệu FRP thường sử dụng là epoxy, viny lester, polyester.
- Polyester: Chất dẻo nền polyester có tính kinh tế nhất và được sử dụng rộng rãi.
Trong những năm gần đây, gần nữa triệu tấn polyester được sử dụng mỗi năm ở Mỹ để
sản xuất vật liệu composite. Ưu điểm của polyester là tính nhớt thấp, giá thành thấp, và
ít độc. Nhược điểm của polyester là độ co ngót lớn.

- Viny lester: Có tính dẻo và độ bền cao hơn polyester. Ưu điểm của viny lester
là có sức kháng ăn mịn tốt và cũng có tính chất hóa học và vật l tốt như cường độ
chịu kéo và chịu mỏi cao. Viny lester có giá thành cao.
- Epoxy: Được sử dụng rộng rãi hơn polyester và viny lester. Những ưu điểm
chính của epoxy bao gồm:
 Khơng bay hơi và độ co ngót thấp trong suốt q trình lưu hóa;
 Sức kháng rất tốt với sự thay đổi hóa học;
 Dính bám với cốt sợi rất tốt.
*Các đặc trưng cơ bản của vật liệu FRP:
Vật liệu FRP có cường độ và độ cứng phụ thuộc vào vật liệu hợp thành, đặc
trưng vật liệu của FRP phụ thuộc vào đường kính sợi, hướng phân bố các sợi và các
đặc trưng cơ học của chất dẻo nền.
Hiện nay sợi cacbon và sợi thủy tinh với cấu trúc nền là epoxy được sử dụng
rộng rãi. Sợi cacbon và sợi thủy tinh cũng có nhược điểm riêng của từng loại. Sợi
aramid độ bền thấp, trong môi trường nhiệt độ cao thì làm việc kém. Trong khi đó sợi
cacbon có mô đun đàn hồi cao nên được sử dụng phổ biến trong các kết cấu xây dựng.
Đặc trưng cơ học của FRP phụ thuộc vào những yếu tố dưới đây:
- Đặc trưng cơ học của sợi (sử dụng sợi cacbon, sợi aramid hay sợi thủy tinh);
- Đặc trưng cơ học của chất nền (sử dụng Epoxy, Vinylester hay Polyester);
- Tỷ lệ giữa sợi và chất nền trong cấu trúc FRP;
- Hướng phân bố của các sợi trong chất nền.


14

Bảng 1.2: So sánh các đặc trưng cơ học của các loại sợi khác nhau với thép.
Đặc trƣng cơ học
Thép
GFRP
CFRP

AFRP
Ứng suất chảy
40-75
N/A
N/A
N/A
Ksi (MPa)
(276-517)
Cường độ chịu kéo
70-100
70-230
87-535
250-368
Ksi (MPa)
(483-690) (483-1600) (600-3690) (1720-2540)
Mô đun đàn hồi
29
5,1-7,4
15,9-84
6,0-18,2
3
x10 ksi (MPa)
(200)
(35-51)
(120-580)
(41-125)
*Trình tự thi cơng:
- Vệ sinh bề mặt vị trí cần gia cường.
- Pha trộn tỉ lệ keo theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Quét keo lên bề mặt vị trí cần gia cường.

- Tiến hành dán tấm sợi.
- Hồn thiện.
1.3.3.3. Ứng dụng
*Thế giới:
Cơng nghệ vật liệu FRP để tăng cường khả năng chịu lực của các cơng trình đã
được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới đặc biệt ở khu vực Bắc Mỹ, tại Nhật Bản và tại
một số nước Châu Âu.
Để gia cố hai cây cầu Grondal và Alvik (cầu bê tông dự ứng lực, mặt cắt hộp) ở
Thụy Điển, tổng cộng 6000m tấm vật liệu composite sợi cacbon đã được sử dụng,
trong đó 2000m được dùng cho cầu Grondal và 4000m được dùng cho cầu Alkin. Tiến
hành thử nghiệm trên 7 mẫu dầm bê tông cốt thép, hai tác giả Dat Duthinh và Monica
Starnes đã đưa ra kết luận việc sử dụng tấm vật liệu CFRP để tăng cường khả năng
chịu uốn cho dầm bê tơng cốt thép là rất có hiệu quả.
*Việt Nam:
Đối với Việt Nam tại khu vực miền Trung chúng ta đã tiến hành thi công gia
cường cầu Ơ Sơng ở Quảng Ngãi, kết quả cơng trình sau khi gia cường đã tăng cường
khả năng chịu lực từ 20-40%. Hiện nay chúng ta cũng đang áp dụng biện pháp gia
cường bằng các tấm vật liệu composite sợi cacbon vào cầu Lắm tỉnh Khánh Hòa, cầu
Thừa Lưu ở Huế, cầu Gián Khẩu ở Ninh Bình, trụ cầu Thuận Phước, tầng mái Khách
Sạn Holiday ở Đà Nẵng và hàng loạt các dự án chuẩn bị áp dụng công nghệ dám tấm
vật liệu composite nhằm khôi phục khả năng làm việc hoặc tăng cường khả năng chịu
lực các cơng trình kể cả cũ lẫn mới.
1.3.4. Gia cường bằng tăng cường tiết diện
1.3.4.1. Phạm vi áp dụng
Biện pháp gia cường bằng tăng cường tiết diện được áp dụng phổ biến ở các
trường hợp như:


15

- Mơi trường nước mặn, có nhiều chất ăn mịn.
- Tăng chiều cao dầm không ảnh hưởng đến khoảng thông thuyền hay thông xe.
1.3.4.2. Nguyên tắc cấu tạo
*Nguyên lý công nghệ:
Tăng cường khả năng chống uốn của dầm bằng cách tăng cường chiều cao tiết
diện.
Căn cứ vào từng trường hợp cụ thể, việc gia cường cầu cũ bằng phương pháp
tăng tiết diện có thể thực hiện theo nhiều cách:
- Tăng cường tiết diện bê tông
- Tăng cường tiết diện cốt thép
- Tăng cường tiết diện bê tông kết hợp tăng cường tiết diện cốt thép

1 – Vùng được tăng cường 2 – Cốt thép cũ 3 – Cốt thép thêm vào 4 – Mối hàn
Hình 1.9: Gia cường bằng tăng cường tiết diện.
Nếu mức độ tăng cường khả năng chịu lực của dầm không nhiều lắm chỉ cần tăng
số lượng cốt thép chủ bằng cách hàn thêm 1 số cốt thép phụ vào những cốt thép chủ
của dầm, rồi trát vữa xi măng hay bê tơng phun. Có thể hàn trực tiếp cốt thép mới vào
cốt thép cũ hoặc đặt 1 miếng nêm vào giữa chúng (miếng nêm là đoạn thép trịn,
đường kính 10mm - 30mm, dài 8mm - 20mm), các đoạn hàn cách nhau khoảng 100cm.
Như vậy chiều cao tiết diện được gia cường tăng lên 2cm - 8cm.
Nếu cần tăng cường khả năng chịu lực của dầm lên nhiều thì phải tăng chiều cao
tiết diện dầm về phía dưới bằng cách đặt thêm cốt thép chủ mới, hàn vào cốt thép chủ
cũ bằng các đoạn thép vai bò, thép đai đứng hoặc xiên.
*Vật liệu: