Dự đoán lực căng còn lại của dầm cầu khe bó tại km 37 819 79 trên tuyến la sơn nam đông tỉnh thừa thiên huế bằng đo đạc tần số dao động và mô hình số

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

HỒ ĐẮC LỘC

DỰ ĐỐN LỰC CĂNG CỊN LẠI CỦA DẦM CẦU KHE BÓ
TẠI KM 37+819.79, TRÊN TUYẾN LA SƠN – NAM ĐÔNG,
TỈNH THỪA THIÊN HUẾ BẰNG ĐO ĐẠC TẦN SỐ
DAO ĐỘNG VÀ MƠ HÌNH SỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG

Đà Nẵng, 2019


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

HỒ ĐẮC LỘC

DỰ ĐỐN LỰC CĂNG CỊN LẠI CỦA DẦM CẦU KHE BÓ
TẠI KM 37+819.79, TRÊN TUYẾN LA SƠN – NAM ĐÔNG,
TỈNH THỪA THIÊN HUẾ BẰNG ĐO ĐẠC TẦN SỐ
DAO ĐỘNG VÀ MƠ HÌNH SỐ

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số: 85. 80. 205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:
TS. CAO VĂN LÂM

Đà Nẵng, 2019


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.
Tác giả luận văn

Hồ Đắc Lộc


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TÓM TẮT
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................... 1

2. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................................. 3
3. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 3
5. Kết cấu của luận văn .................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU
TẢI CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ................................. 4
1.1. Tổng quan về cầu Khe Bó tại Km37+819.79, huyện Nam Đơng, tỉnh Thừa Thiên
Huế................................................................................................................................... 4
1.2. Tổng quan về các biện pháp đánh giá năng lực chịu tải của cầu ........................... 14
1.3. Tổng quan về các phương pháp dự đốn lực căng cịn lại của kết cấu bê tông cốt
thép dự ứng lực .............................................................................................................. 17
1.4. Những khó khăn trong q trình dự đốn lực căng cịn lại của kết cấu bê tơng cốt
thép dự ứng lực .............................................................................................................. 21
1.5. Kết luận chương ..................................................................................................... 22
CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC CĂNG CÁP TRONG DẦM
ĐẾN TẦN SỐ DAO ĐỘNG CỦA CẦU BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS ............... 23
2.1. Giới thiệu về phần mềm ABAQUS và các ứng dụng ............................................ 23
2.2. Mơ hình hóa cầu trên phần mềm ABAQUS........................................................... 26
2.3. Xác định sơ bộ lực căng còn lại trong dầm cầu Khe Bó. ....................................... 42
2.4. Khảo sát ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động của cầu. ........... 48
2.5. Đánh giá kết quả. .................................................................................................... 49
2.6. Kết luận chương ..................................................................................................... 49


CHƯƠNG 3. DỰ ĐỐN LỰC CĂNG CỊN LẠI CỦA CẦU THÔNG QUA
THỰC NGHIỆM ......................................................................................................... 50
3.1. Cơ sở lý thuyết để dự đoán lực căng cáp dự ứng lực trong dầm ............................ 50
3.2. Thực nghiệm đo đạc tần số dao động của cầu ........................................................ 54
3.3. So sánh tần số dao động thơng qua thực nghiệm và mơ hình hố ......................... 73
3.4. Khảo sát sự thay đổi tần số dao động trong dầm do lực căng ................................ 73

3.5. Xác định lực căng còn lại của dầm ......................................................................... 75
3.6. Kết luận chương ..................................................................................................... 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 79
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)


DỰ ĐỐN LỰC CĂNG CỊN LẠI CỦA DẦM CẦU KHE BĨ TẠI KM
37+819.79, TRÊN TUYẾN LA SƠN – NAM ĐƠNG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
BẰNG ĐO ĐẠC TẦN SỐ DAO ĐỘNG VÀ MƠ HÌNH SỐ
Học viên: Hồ Đắc Lộc
Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số: 85. 80. 205
Khóa: K36-XGT Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Hệ thống giao thông đường bộ nước ta hiện có số lượng cầu yếu cần phải
nâng cấp, cải tạo là rất lớn, trong đó cầu BTCT DƯL chiếm tỉ lệ khá lớn. Để giải quyết được
bài tốn khơi phục, giữ vững trạng thái kỹ thuật và nâng cao khả năng phục vụ đối với kết cấu
bê tông cốt thép dự ứng lực thì việc xác định lực căng cịn lại trong dầm cầu sau nhiều năm
khai thác sử dụng là hết sức cần thiết. Việc xác định chính xác lực căng cịn lại trong dầm là
một bài tốn hết sức khó khăn. Sự suy giảm các thơng số động học của cầu trong đó có tần số
dao động là một hệ quả tất yếu của sự suy giảm lực căng cáp trong dầm. Do đó, luận văn dự
đốn lực căng cịn lại của dầm cầu Khe Bó tại Km37+819.79, huyện Nam Đông, tỉnh Thừa
Thiên Huế thông qua tần số dao động bằng phương pháp đồng nhất giữa thực nghiệm và mơ
hình số bằng phần mềm ABAQUS. Luận văn cịn so sánh với các phương pháp xác định lực
căng còn lại, kết quả cho thấy phương pháp này cho giá trị chính xác và là cơ sở để dự đốn
sức khỏe của cầu.
Từ khóa – Lực căng cịn lại; tần số dao động; phần mềm Abaqus; dự đoán sức khỏe
cầu; kiểm định cầu.

PREDICTABLE PRE-STRESSED REMAIN

OF KHE BO BRIDGE KM37+819.79 HIGHWAY LA SON – NAM ĐONG,
THUA THIEN HUE PROVINCE MEASUREMENT OF FREQUENCY
AND FEM SOFTWARE
Abstract - Our country's road transport system currently has a large number of weak
bridges that need to be upgraded and renovated, of which the bridge for concrete
reinforcement is relatively large. To solve the problem of restoring, maintaining the technical
state and improving the service capacity for prestressed reinforced concrete structures, the
determination of the remaining tension in the girder beams after years of exploitation and use
Use is essential. Determining exactly the remaining tension in the beam is a very difficult
problem. The decrease in the kinematic parameters of bridges including the oscillation
frequency is an inevitable consequence of the reduction of cable tension in beams. Therefore,
the thesis predicts the remaining tension of Khe Bo bridge at Km37 + 819.79, Nam Dong
district, Thua Thien Hue province through the frequency of the knife. By applying the
homogeneous method between experiment and numerical model using ABAQUS software.
The thesis also compares with other methods of determining the remaining tension, the results
show that this method gives an accurate value and is the basis for predicting the health of the
demand.
Keywords: Pre-stressed remain; oscillation frequency; Abaqus software; predict
demand health; Testing the bridge.


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AASHTO
AASHTO LRFD
ACI
BT
BTCT
DƯL
GTVT
QL

TTGH
TCVN
TCN

:American Association of State Highway and Transportation
Officials
: American Association of State Hightway and Transportion
Officials Load and Resistance Factor Design
: American Concrete Insitute
: Bê tông
: Bê tông cốt thép
: Dự ứng lực
: Giao thông vận tải
: Quốc lộ
: Trạng thái giới hạn
: Tiêu chuẩn Việt Nam
: Tiêu chuẩn ngành


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

Tên bảng

bảng

Trang

2.1

Tải trọng cáp DUL

34

2.2

Bảng tổng hợp kết quả phân tích tần số dao động ở Mode 1

42

3.1

Thơng số về kích thước và tải trọng xe thử nghiệm

58

3.2

Kết quả tần số và chu kỳ dao động

73

3.3

Bảng tổng hợp kết quả tần số dao động giữa mô hình số và thực nghiệm

73

3.4

Bảng ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động của cầu

74

bằng mơ hình số
3.5

Bảng tởng hợp giá trị lực căng điều chỉnh tương ứng với tần số dao động
đo thực tế

76


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình
1
2
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11

1.12
1.13
1.14
1.15
1.16
1.17
1.18
1.19
1.20
1.21
1.22
1.23
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7

Tên hình

Trang

Tính cấp thiết của đề tài
Hiện trạng những cây cầu “oằn mình” vì xe quá tải
Cầu Khe Bó – Km 37+819,79
Hiện trạng cầu Khe Bó – Km 37+819,79
Bố trí chung cầu Khe Bó - Km 37+819.79
Kết cấu thượng bộ cầu Khe Bó - Km 37+819.79

Cắt ngang dầm T24m Cầu Khe Bó - Km 37+819.79
Mặt cắt dọc dầm T24m Cầu Khe Bó - Km 37+819.79
Mặt cắt ngang tại trụ cầu Cầu Khe Bó - Km 37+819.79
Mặt cắt ngang tại trụ cầu Cầu Khe Bó - Km 37+819.79
Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp cầu
Nứt vỡ bê tông bên trên thớt gối
Bê tông rổ tổ ong, rỉ cốt thép, nứt vỡ
Lan can tay vịn
Hiện trạng mặt cầu
Khe co giãn
Dầm cầu
Đá kê gối
Ụ chống xô
Mố cầu
Trụ cầu
Trình tự đánh giá tải trọng hợp pháp
Mơ hình dầm dưới tác dụng của vật thể di động
So sánh độ chuyển vị trực tiếp được đề xuất tính tốn theo ACI
Notes
Một phần tử PCB với cáp DƯL
Giao diện phần mềm Abaqus 6.14
Bộ Mođun phân tích phần tử hữu hạn của ABAQUS
Ký hiệu hệ trục toạ độ và các thành phần ứng suất.
Cắt ngang cầu
Kích thước dầm T
Mặt cắt dọc dầm T24m
Kích thước xe thử tải

1
2

4
4
5
6
6
7
7
8
10
10
11
12
12
12
13
13
13
13
14
16
17
19
20
24
25
25
26
26
26
27

Số hiệu
hình
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.31
2.32
2.33

2.34
2.35
2.36
2.37
2.38
2.39
2.40
2.41
2.42

Tên hình

Trang

Khai báo mặt cắt dầm T
Dầm T24 sau khi xây dựng xong
Khai báo mặt cắt dầm T
Dầm ngang sau khi xây dựng xong
Khai báo mặt cắt bản mặt cầu
Bản mặt cầu sau khi xây dựng xong
Khai báo mặt cắt cáp dự ứng lực
Cáp DUL sau khi xây dựng xong
Định nghĩa vật liệu bê tông
Định nghĩa vật liệu cáp dự ứng lực
Định nghĩa thuộc tính mặt cắt
Định nghĩa lắp ghép cấu kiện
Định nghĩa lắp ghép cáp DUL
Chia cấu kiện
Thiết lập bước phân tích dao động
Định nghĩa ràng buộc cáp DUL và bê tông

Định nghĩa ràng buộc BMC và dầm T
Định nghĩa ràng buộc dầm ngang và dầm T
Gán tải trọng cáp DUL
Mơ hình xây dựng tải trọng di động với vận tốc V (Zanjanizadeh 2009)
Quan hệ thời gian và tải trọng giữa 2 chuỗi nút (Zanjanizadeh 2009)
Khai báo vận tốc xe chạy qua quan hệ thời gian
Gán tải trọng xe
Xây dựng điều kiện biên
Tạo mạng lưới hệ dầm (mesh)
Tạo mạng lưới cáp DUL (mesh)
Cơng tác phân tích
Tở hợp tần số dao động của các Mode
Dao động mode 1
Dao động mode 2
Dao động mode 3
Dao động mode 4
Dao động mode 5
Phổ tần số dao động V=20Km/h – Dầm giữa (L/2)
Phổ tần số dao động V=20Km/h – Dầm biên (L/2)

28
28
28
29
29
29
30
30
30
31

31
31
32
32
32
33
33
34
34
35
35
35
36
36
36
37
37
37
38
38
38
39
39
39
40


Số hiệu
hình
2.43

2.44
2.45
2.46
2.47
2.48
2.49
2.50
3.1.
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17.
3.18
3.19.
3.20
3.21
3.22
3.23

3.24
3.25
3.26

Tên hình

Trang

Phở tần số dao động V=30Km/h – Dầm giữa (L/2)
Phổ tần số dao động V=30Km/h – Dầm biên (L/2)
Phổ tần số dao động V=40Km/h – Dầm giữa(L/2)
Phổ tần số dao động V=40Km/h – Dầm biên (L/2)
Phổ tần số dao động V=50Km/h – Dầm giữa (L/2)
Phổ tần số dao động V=50Km/h – Dầm biên (L/2)
Mặt cắt ngang bố trí cáp DƯL
Khảo sát sự thay đổi tần số dao động
Biểu đồ dao động kết cấu nhịp giản đơn
Các biểu đồ đặc trung khi thử tải động
Phần mềm MATLAB
Hàm FFT sử dụng để phân tích phở dao động
Các bộ phận của “Wireless Structural Bridges Testing System”
Cảm biến biến dạng, cảm biến chuyển vị và cảm biến gia tốc
Nguyên lý hoạt động của “Wireless Structural Bridges Testing
System”
Công tác khoan lắp đặt cảm biến gia tốc
Lắp đặt cảm biến gia tốc
Công tác lắp đặt cảm biến gia tốc với Node
Công tác lắp đặt thiết bị thu dữ liệu
Kích thước xe thử tải
Tải trọng thử

Sơ đồ bố trí điểm đo dao động của cầu
Sơ đồ xếp tải đo dao động, V = 20,30,40,50Km/h
Điều động tải trọng thử
Công tác thu thập dữ liệu
Thực nghiệm đo dao động cầu Khe Bó
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D1 (V=20Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D1 (V=20Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D2 (V=20Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D2 (V=20Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D3 (V=20Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D3 (V=20Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D1 (V=30Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D1 (V=30Km/h)

40
40
41
41
41
42
46
49
51
52
54
54
55
55
56
56

56
57
57
58
58
59
59
60
60
60
61
61
62
62
63
63
64
64


Số hiệu
hình
3.27
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
3.34

3.35
3.36
3.37
3.38
3.39
3.40
3.41
3.42
3.43
3.44
3.45
3.46
3.47
3.48
3.49

Tên hình

Trang

Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D2 (V=30Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D2 (V=30Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D3 (V=30Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D3 (V=30Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D1 (V=40Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D1 (V=40Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D2 (V=40Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D2 (V=40Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D3 (V=40Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D3 (V=40Km/h)

Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D1 (V=50Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D1 (V=50Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D2 (V=50Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D2 (V=50Km/h)
Biểu đồ gia tốc giao động nhịp 2 – Dầm D3 (V=50Km/h)
Phổ tần số và năng lượng nhịp 2 – Dầm D3 (V=50Km/h)
Điều chỉnh lực căng cáp DUL
Khảo sát sự thay đổi tần số dao động
Dao động mode 1 ứng với lực căng Ptk-10%
Dao động mode 1 ứng với lực căng Ptk-5%
Dao động mode 1 ứng với lực căng Ptk-9%
Phổ tần số dao động V=50Km/h – Dầm giữa (L/2) ứng với lực căng
Ptk-9%
Phổ tần số dao động V=50Km/h – Dầm biên (L/2) ứng với lực căng
Ptk-9%

65
65
66
66
67
67
68
68
69
69
70
70
71
71

72
72
73
74
74
75
76
77
77


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Hình 1: Tính cấp thiết của đề tài
Cân đối nguồn ngân sách trong bối cảnh nền kinh tế hiện nay là bài tốn khó
khăn cho tất cả các ngành, đặc biệt là ngành GTVT. Để hiểu tại sao tác giả lại chọn đề
tài này, xin điểm qua nền kinh tế Việt Nam, sự đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng và bài
toán sửa chữa, bảo trì trong ngành giao thơng qua các nội dung dưới đây:
Sự tăng trưởng của nền Kinh tế Việt Nam: Nền kinh tế Việt Nam đang trên đà
hội nhập và phát triển, tốc độ tăng trưởng đạt 7% (Dự kiến năm 2019) thuộc nhóm các
nền kinh tế có tốc độ tăng trưởng cao nhất khu vực và thế giới. Trong bối cảnh thương
mại hóa nền kinh tế tồn cầu như hiện nay, sự tăng trưởng của nền kinh tế Việt Nam
trên vừa là cơ hội cũng là thách thức và khó khăn. Với chiến lược phát triển bền vững
Việt Nam giai đoạn 2011-2020 được Thủ tướng phê duyệt tại Quyết định số 432/QĐTTg ngày 12/4/2012 thì việc đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng, giao thông là hết sức cấp
bách và cần thiết.
Sự cần thiết phải đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng giao thông vận tải: Kết
cấu hạ tầng giao thơng vận tải có vai trị nền móng là tiền đề vật chất hết sức quan

trọng cho mọi hoạt động vận chuyển, lưu thơng hàng hố. Nếu khơng có một hệ thống
đường giao thơng đầy đủ, đảm bảo tiêu chuẩn thì các phương tiện vận tải như các loại
xe ô tô, tàu hoả, máy bay... sẽ không thể hoạt động tốt được, không đảm bảo an tồn,
nhanh chóng khi vận chuyển hành khách và hàng hố. Vì vậy chất lượng của các cơng
trình hạ tầng giao thông là điều kiện tiên quyết ảnh hưởng đến chất lượng hoạt động
vận tải nói riêng và ảnh hưởng đến sự phát triển của nền sản xuất kinh tế- xã hội nói
chung. Một xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu vận tải ngày càng tăng đòi hỏi cơ
sở hạ tầng giao thơng phải được đầu tư thích đáng cả về lượng lẫn về chất.


2

Sửa chữa, bảo trì đường bộ: Theo Bộ GTVT, kể từ năm 2013 khi Quỹ Bảo trì
đường bộ đi vào hoạt động, cơng tác quản lý, bảo trì hệ thống đường bộ ngày càng
được cải thiện, đã tập trung giải quyết các hư hỏng trên hệ thống quốc lộ. Tuy nhiên,
nguồn Quỹ Bảo trì Trung ương hiện nay chưa đáp ứng được như cầu tối thiểu của
cơng tác bảo trì hệ thống quốc lộ, trong đó năm 2018 mới chỉ đáp ứng được 34,81%
nhu cầu. Hiện nay, nguồn vốn cho cơng tác quản lý, bảo trì mới chỉ đáp ứng được
44,05% nhu cầu bằng nguồn thu sử dụng đường bộ và hỗ trợ từ ngân sách nhà nước.
Thực tế cho thấy còn 66% chiều dài quốc lộ quá thời hạn sửa chữa định kỳ vẫn chưa
được bảo trì do thiếu vốn.
Nguyên nhân chủ yếu là do đa số các cây cầu được xây dựng từ lâu (trước 1954)
mang quy mô bé, cường độ vận tải thấp, chịu ảnh hưởng của chiến tranh… công tác
duy tu, bảo dưỡng , vận hành khai thác chưa được chú trọng. Bên cạnh đó, nhiều cây
cầu BTCT cũ được xây dựng sau này đã xuất hiện các hư hỏng như xuất hiện các vết
nứt, bị phá hủy tầng bảo hộ hay hư hại các liên kết ngang... Vì vậy cũng khơng đảm
bảo điều kiện an toàn cho vận tải. Trong khi nhu cầu vận tải trên toàn quốc ngày càng
tăng nhanh, tải trọng của các phương tiện giao thơng ngày càng tăng thì việc khả năng
khai thác sử dụng của các cây cầu cũ này rõ ràng là khơng cịn đảm bảo.

Hình 2: Hiện trạng những cây cầu “oằn mình” vì xe quá tải
Qua những số liệu phân tích trên, thấy được ở Việt Nam hiện nay cùng với sự
phát triển của nền kinh tế thì hạ tầng giao thơng cũng đang được đởi thay mạnh mẽ với
nhiều công nghệ thiết kế và thi công tiên tiến được áp dụng.
Mặt dù nền kinh tế đang trên đà phát triển, tuy nhiên việc đầu tư xây dựng mới các
cơng trình cầu nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại đang rất hạn chế, một phần do nguồn ngân sách
cịn thiếu. Vì vậy, cơng tác khơi phục, giữ vững trạng thái kỹ thuật của các cơng trình cầu là
hết sức cần thiết, phù hợp với xu hướng phát triển và ngân sách hiện nay.
Số lượng cầu BTCT DƯL ở nước ta hiện nay chiếm tỉ lệ khá lớn. Để giải quyết
được bài tốn khơi phục, giữ vững trạng thái kỹ thuật và nâng cao khả năng phục vụ


3

đối với kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực thì việc xác định lực căng cịn lại trong
dầm cầu sau nhiều năm khai thác sử dụng là hết sức cần thiết.
Do đó, tác giả đã chọn đề tài: “Dự đốn lực căng cịn lại của dầm cầu Khe Bó
tại Km 37+819.79, trên tuyến La Sơn – Nam Đơng, tỉnh Thừa Thiên Huế bằng đo đạc
tần số dao động và mơ hình số”.
2. Đối tượng nghiên cứu
- Cầu Khe Bó tại Km37+819.79, huyện Nam Đơng, tỉnh Thừa Thiên Huế.
- Cơng nghệ căng cáp DUL ngồi.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định tần số dao động của cầu bằng mô hình số.
- Thực nghiệm đo đạc được tần số dao động của cầu.
- Dự đốn lực căng cịn lại của cầu thơng qua thực nghiệm và mơ hình hóa.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Kết hợp giữa đo đạc thực nghiệm và phân tích phần tử hữu hạn.
5. Kết cấu của luận văn
Chương 1: Tổng quan về công tác đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu bê

tông cốt thép dự ứng lực.
1.1. Tởng quan về cầu Khe Bó tại Km37+819.79, huyện Nam Đông, tỉnh Thừa Thiên Huế.
1.2. Tổng quan về các biện pháp đánh giá năng lực chịu tải của cầu.
1.3. Tởng quan về các phương pháp dự đốn lực căng cịn lại của kết cấu bê tơng cốt thép dự ứng lực.
1.4. Những khó khăn trong q trình dự đốn lực căng cịn lại của kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực.
1.5. Kết luận chương.
Chương 2: Khảo sát ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao
động của cầu bằng phần mềm Abaqus.
2.1. Giới thiệu phần mềm Abaqus.
2.2. Mơ hình hóa cầu trên phần mềm Abaqus.
2.3. Xác định sơ bộ lực căng còn lại trong dầm cầu Khe Bó.
2.4. Khảo sát ảnh hưởng của lực căng cáp trong dầm đến tần số dao động của cầu.
2.5. Đánh giá kết quả.
2.6. Kết luận chương.
Chương 3: Dự đốn lực căng cịn lại của cầu thơng qua thực nghiệm.
3.1. Cơ sở lý thuyết để dự đoán lực căng cáp dự ứng lực trong dầm.
3.2. Thực nghiệm đo đạc tần số dao động của cầu.
3.3. So sánh tần số dao động thông qua thực nghiệm và mô hình hóa.
3.4. Khảo sát sự thay đởi tần số dao động trong dầm do lực căng.
3.5. Xác định lực căng còn lại của dầm.
3.6. Kết luận chương.
Kết luận và kiến nghị.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
1.1. Tổng quan về cầu Khe Bó tại Km37+819.79, huyện Nam Đơng, tỉnh Thừa

Thiên Huế

Hình 1.1: Cầu Khe Bó – Km 37+819,79

Hình 1.2. Hiện trạng cầu Khe Bó – Km 37+819,79


5

1.1.1. Kết cấu cầu
Cầu Khe Bó lý trình Km37+819.79 nằm trên đường La Sơn - Nam Đông thuộc
địa phận huyện Nam Đơng, tỉnh Thừa Thiên Huế, tại vị trí xây dựng cầu đã có cầu cũ
bằng BTCT gồm 2 nhịp giản đơn dầm T BTCT DƯL L=24m, bề rộng cầu 4.7m, tải
trọng thiết kế H30 (tương đương hoạt tải HL93 theo 22TCN 272-05), cầu Khe Bó
được thiết kế mở rộng thêm trên cơ sở cầu cũ hiện có đảm bảo khổ cầu tương đương
đường cấp 3 với những nội dung sau:
1.1.1.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật
- Quy mơ cơng trình: vĩnh cửu bằng BTCT và BTCT DUL.
- Tần suất thiết kế: P=1%.
- Tải trọng thiết kế: HL93, đoàn người 300 kg/m2.
- Bề rộng cầu: (8.72+2x0.35) = 9.42 m
- Tiêu chuẩn áp dụng: tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.

Hình 1.3. Bố trí chung cầu Khe Bó - Km 37+819.79


6

1.1.1.2. Phương án kết cấu
a. Kết cấu thượng bộ:

- Tận dụng cầu cũ, mở rộng thêm về phía hạ lưu 4.7m. Cầu bao gồm 2 nhịp dầm
T BTCT DƯL L=24m. Chiều dài toàn cầu L=54.15m.
- Mặt cắt ngang cầu gồm 4 dầm T: 2 dầm cũ tận dụng, 2 dầm mới đặt cách nhau
2.4m.

Hình 1.4. Kết cấu thượng bộ cầu Khe Bó - Km 37+819.79

Hình 1.5. Cắt ngang dầm T24m Cầu Khe Bó - Km 37+819.79


7

Hình 1.6: Mặt cắt dọc dầm T24m Cầu Khe Bó - Km 37+819.79
- Các lớp mặt cầu:
+ BTN dày 7cm.
+ Tưới nhựa dính bám TC 0.5kg/cm2
+ Lớp BTCT f'c=25MPa dày 8cm ở biên.
- Kết cấu khác:
+ Lan can bằng thép.
+ Gối cầu: dùng gối cao su cốt bản thép.
+ Khe co giãn: bằng tấm cao su, liên kết với kết cấu nhịp bằng bulông M16.
b. Kết cấu hạ bộ:
- Mố cầu: Hai mố cầu dạng mố chân dê bằng BTCT f'c=25MPa. Móng cọc khoan
nhồi D=1.0m, chiều dài dự kiến L=13.0m đối với mố M1, L=10m đối với mố M2, mũi
cọc ngàm trong lớp đá bột kết màu vàng nâu, phong hóa nứt nẻ, đá tương đối cứng.

Hình 1.7: Mặt cắt ngang tại trụ cầu Cầu Khe Bó - Km 37+819.79
- Trụ cầu: Trụ cầu kiểu chữ "T" bằng BTCT f'c=25MPa. Móng gồm 4 cọc khoan
nhồi D=1.0m, chiều dài dự kiến L=3.0m, mũi cọc ngàm trong lớp đá bột kết màu vàng
nâu, phong hóa nứt nẻ, đá tương đối cứng.

8

Hình 1.8: Mặt cắt ngang tại trụ cầu Cầu Khe Bó - Km 37+819.79
- Bản q độ BTCT 25MPa đở tại chỗ trên lớp đá dăm đệm dày 30cm.
- Phần tứ nón mố phía hạ lưu cầu cũ được tháo bỏ, gia cố nón mố cầu mới bằng
đá hộc xây VXM M100 dày 30cm, chân khay bằng BT f'c=16MPa.
c. Đường đầu cầu:
- Đường đầu cầu: đường cấp III miền núi theo tiêu chuẩn 22TCN 4054-2005,
Eyc ≥ 140Mpa.
- Trong phạm vi 10m sau mố mở rộng nền đường mỗi bên 0.5m, tương đương
với bề rộng nền đường là 10.42m, mặt đường rộng 8.72m. đoạn tiếp theo vuốt nối vào
đường hai đầu cầu.
- Mái ta luy phạm vi 10m đầu cầu được ốp mái bằng đá hộc xây vữa M100, chân
khay cấu tạo giống chân khay tứ nón.


9

1.1.2. Các dạng hư hỏng trong kết cấu nhịp cầu Khe Bó – Km 37+819.79
1.1.2.1. Các dạng hư hỏng trong kết cấu dầm BTCT dự ứng lực
- 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.
- Hư hỏng do phong hóa bê tơng: Bê tơng của các cơng trình ở sơng hoặc biển
là đối tượng của xói mịn do dịng 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 tơng, bề mặt bị
mài mịn do bị cọ xát liên tục lặp đi lặp lại.
- Hư hỏng do hiện tượng mỏi của thép: Dưới tác động của một số lớn lần thay

đổi ứng lực, cốt thép có thể 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 cơng trình mà các vết nứt có thể xuất hiện ở nhiều dạng khác nhau. Về tởng thể
ta có các loại vết nứt như sau:
+ Các vết nứt do co ngót: Loại vết nứt này thường xuyên xuất hiện trong lớp bề
mặt của bê tơng do q trình co ngót khơng đều. Ngun nhân là do hàng lượng xi
măng quá nhiều trong hỗn hợp bê tông, do đặc điểm của dạng kết cấu, do cách bố trí
cốt thép khơng phù hợp... Dấu hiệu đặc trưng của các vết nứt co ngót dạng này là
chúng phân bở ngẫu nhiên khơng định hướng, có chiều dài ngắn và nhỏ li ti. Các vết
nứt này có thể phát triển thành các vết nứt do lực.
+ Các vết nứt nghiêng: Đây là loại vết nứt thường xuất hiện ở bụng dầm do ứng
suất chủ quả lớn. Chúng đặc biệt nguy hiểm trong các kết cấu dự ứng lực vì có thể
giảm nhiều năng lực chịu tải.
+ Các 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.
Ngun nhân chính là do sai sót trong cơng nghệ chế tạo kết cấu.
+ Các 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 khép lại.
+ Các vết nứt ngang trong bầu dưới ở vùng chịu kéo chứa cốt thép dự ứng lục:
Vết nứt này chứng tỏ thiếu dự ứng lực, mất mát dự ứng suất quá nhiều do co ngót, từ
biến của bê tơng và mấu neo làm việc khơng bình thường. Các vết nứt này không làm
giảm khả năng chịu tải tính tốn của kết cấu nhịp nhưng có thể tạo điều kiện cho ri ăn
mòn cốt thép dự ứng lực và giảm dần t̉i thọ của nó.
+ Các 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 tơng và do co ngót bị cản trở. Hậu quả là rỉ nhanh và trầm trọng ở cốt
thép dự ứng lực, các sản phầm do rỉ tạo ra sẽ trương nở to thêm vết nứt, khiến rỉ càng
nhanh hơn và sớm phá hoại kết cấu nhịp.

10

+ Các 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.
+ Các vết nứt ở bên trên thớt gối: 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 dộng tốt sẽ gây ra các ứng lực phụ làm tăng các vết nứt này.













Hình 1.9: 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 tơng 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 1.10: Nứt vỡ bê tông bên trên thớt gối
+ Nứt vỡ bê tơng cánh dầm tại vị trí đầu dầm: Hỏng khe co giãn gây chấn động
cục bộ.
+ 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 phỉ biến là
các mối nối dọc hoặc dưới bản cánh đặc biệt là dầm biên do ống thoát nước kém hoặc
nước mưa tạt.


11

Hình 1.11: Bê tơng rổ tổ ong, rỉ cốt thép, nứt vỡ
1.1.2.2. Các dạng hư hỏng trong kết cấu nhịp cầu
Hư hỏng phần mặt cầu do các nguyên nhân sau:
- Do bong lớp nhựa phủ mặt: Hầu hết các cầu thường bị hỏng lớp phủ mặt trên
cùng (BTN nguội hoặc nóng). Ngun nhân chủ yếu do chất lượng bê tơng không tốt
hoặc bề dày lớp bê tông mỏng.
- Do lớp bê tông tạo dốc: Bị hư hỏng do dùng các loại bê tơng có cường độ thấp.
Lớp này nằm kẹp giữa bê tông cánh dầm và bê tông nhựa phủ phía trên.
- Do nứt dọc trên mặt cầu: Đây là hư hỏng phổ biến nhất. Vết nứt dọc xuất hiện
trên phạm vị 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.
- Do nứt ngang mặt cầu: Vết nứt ngang xuất hiện tại phạm vi khe co giãn là do
nhiều nguyên nhân như sau:
+ 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 đọng là vỡ đầu dầm và hỏng mặt. Các loại khe dạng tơn uốn logf
máng thì chỉ được khoảng thời gian 1-2 năm đã bị đứt, đá rơi xuống chét đầy khe gây

cản trở sự dịch chuyển của dầm.
+ 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 tơng cũ và mới.
Ngồi ra cịn có các trường hợp bị bong tróc và nhưng hư hỏng khác: Sự tróc
mảng của bê tơng trải rộng trên tồn 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 tồn giao thơng.
Ngồi các hư hỏng thường gặp như trên thì có một số cầu có xuất hiện các hư
hỏng khác như: Hai đường đầu cầu bị lún, mố và trụ cầu bị xói lở.


12

1.1.2.3. Hiện trạng cầu Khe Bó - Km 37+819.79
a. Kết cấu thượng bộ:
- Lan can tay vịn: Lan can tay vịn bằng thép, hiện còn khai thác còn tốt, bị bong
tróc sơn một số vị trí.
- Lớp mặt cầu: Cịn khai thác tốt, chưa thấy hư hỏng.

Hình 1.12. Lan can tay vịn

Hình 1.13: Hiện trạng mặt cầu

- Khe co giãn: Khe co giản loại cao su, chưa bị hư hỏng.

Hình 1.14: Khe co giãn


13

- Dầm cầu: hiện trạng cịn tốt, khơng xuất hiện vết nứt.

Hình 1.15: Dầm cầu
- Gối cầu và ụ chống xơ: hiện trạng tốt, khai thác bình thường.

Hình 1.16: Đá kê gối

Hình 1.17: Ụ chống xơ

b. Kết cấu hạ bộ:
- Mố cầu: mố bằng BTCT, hiện phủ nhiều rêu.

Hình 1.18: Mố cầu