Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và nâng cấp tải trọng cầu nam ô cũ

PHẠM QUANG HIỂN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---------------------------------------

PHẠM QUANG HIỂN

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NÂNG CẤP
TẢI TRỌNG CẦU NAM Ô CŨ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOÁ: 33.XGT
Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---------------------------------------

PHẠM QUANG HIỂN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NÂNG CẤP TẢI
TRỌNG CẦU NAM Ơ CŨ

Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng

Mã số: 8580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS HOÀNG PHƯƠNG HOA

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng 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 cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Phạm Quang Hiển


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Lý do chọn đề tài: ............................................................................................................... 1

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ...................................................................................... 1
Đối tượng nghiên cứu: ....................................................................................................... 1
Phạm vi nghiên cứu: .......................................................................................................... 1
Phương pháp nghiên cứu: ................................................................................................ 1
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:...................................................................... 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH CẦU VÀ CÁC BIỆN
PHÁP GIA CƯỜNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III .........................3
1.1. THỰC TRẠNG HỆ THỐNG CẦU: .............................................................................. 3
1.1.1. Thông tin chung: ............................................................................................... 3
1.1.1.1. Đối với kết cấu nhịp giàn thép, dầm thép liên hợp bê tông cốt thép: ................4
1.1.1.2. Đối với cầu bản bê tông cốt thép và cầu dầm bê tông cốt thép: ........................5
1.1.1.3. Mố trụ cầu, gối cầu, đường đầu cầu, bản mặt cầu, khe co giãn và các cơng
trình phụ trợ: ...................................................................................................................7
1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC
QLĐBIII: ....................................................................................................................................... 9
1.3. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG TÁC SỬA
CHỮA, GIA CƯỜNG CẦU YẾU:......................................................................................... 10
1.3.1. Gia cường bằng phương pháp dán bản thép: ................................................11
1.3.1.1. Nguyên tắc lựa chọn: .......................................................................................11
1.3.1.2. Ưu nhược điểm của phương pháp dán bản thép: .............................................12
1.3.2. Gia cường bằng phương pháp căng cáp DƯL ngoài: ...................................12
1.3.2.1. Khái niệm về dự ứng lực ngoài: .......................................................................12
1.3.2.2. Các hình thức bố trí cáp DƯL ngồi: .............................................................. 12
1.3.2.3. Các giả thiết trong tính toán và cấu tạo: .........................................................14
1.3.2.4. Ưu nhược điểm của phương pháp căng cáp DƯL ngoài: ................................ 14
1.3.3. Gia cường bằng vật liệu composite cường độ cao (FRP): ............................ 15
1.3.3.1. Vật liệu: ............................................................................................................15
1.3.3.2. Khả năng ứng dụng của vật liệu FRP trong sửa chữa gia cường cầu: ...........17
1.3.3.3. Ưu nhược điểm khi sử dụng vật liệu FRP trong tăng cường sửa chữa: ..........18

1.4. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP TRONG SỮA
CHỮA VÀ TĂNG CƯỜNG CẦU BTCT DƯL .................................................................. 19
1.4.1. Tổng quan: .......................................................................................................19
1.4.2. Khảo sát, kiểm tra phương án tăng cường sử dụng vật liệu FRP: ...............20
1.4.3. Lựa chọn dạng vật liệu FRP: .........................................................................20
1.4.4. Công nghệ thi công: ........................................................................................21


1.4.4.1. Nhiệt độ và độ ẩm thi công: .............................................................................21
1.4.4.2. Thiết bị thi cơng và an tồn lao đơng: ............................................................. 21
1.4.4.3. Trình tự thi cơng cơ bản:..................................................................................21
1.4.4.4. Chuẩn bị và sửa chữa bề mặt: ..........................................................................22
1.4.4.5. Trộn keo Epoxy: ............................................................................................... 22
1.4.4.6. Bảo dưỡng bề mặt vật liệu trước khi thi công: ................................................22
1.4.4.7. Hồn thiện bề mặt sau khi thi cơng: ................................................................ 22
1.4.4.8. Hướng của tấm FRP khi thi công: ...................................................................23
1.4.4.9. Mối nối CFRP: .................................................................................................23
1.4.4.10.
Bảo dưỡng keo EPOXY: ............................................................................23
1.4.4.11.
Bảo dưỡng định kỳ và duy tu, sửa chữa: ...................................................23
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: .............................................................................................. 24

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ CƠ SỞ LÝ
THÚT TÍNH TỐN GIA CƯỜNG NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU
NAM Ô CŨ..........................................................................................................26
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG: .................................................................................................. 26
2.2. HIỆN TRẠNG CẦU: ...................................................................................................... 27
2.2.1. Kết cấu phần trên: ........................................................................................... 27
2.2.1.1. Kết cấu nhịp: ....................................................................................................27

2.2.1.2. Khe co giãn: .....................................................................................................31
2.2.1.3. Lan can tay vịn: ................................................................................................ 31
2.2.1.4. Gối cầu: ............................................................................................................32
2.2.2. Kết cấu phần dưới: .......................................................................................... 32
2.2.2.1. Mố cầu: .............................................................................................................32
2.2.2.2. Trụ cầu: ............................................................................................................32
2.3. ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG KHAI THÁC:................................................................... 33
2.4. MƠ HÌNH LÀM VIỆC CỦA VẬT LIỆU FRP TRONG KẾT CẤU NHỊP DẦM
BTCT DƯL ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG:................................................................................... 34
2.4.1. Bê tông: ............................................................................................................34
2.4.2. Cốt thép: ...........................................................................................................34
2.4.3. Thép dự ứng lực: ............................................................................................. 35
2.4.4. Vật liệu CFRP: ................................................................................................ 35
2.5. THIẾT LẬP, XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ TÍNH TĨA NHỊP CẦU BTCT DƯL
KHI ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG VẬT LIỆU FRP: ................................................................. 37
2.5.1. Các giả thiết tính toán: ....................................................................................37
2.5.2. Trạng thái giới hạn sử dụng: ..........................................................................38
2.5.2.1. Nguyên tắc chung: ............................................................................................ 38
2.5.2.2. Vấn đề từ biến và lực kéo tới hạn trong việc tạo ứng suất trước: ...................38


2.5.3. Trạng thái giới hạn cường độ:........................................................................39
2.5.3.1. Bài toán uốn: ....................................................................................................39
2.5.3.2. Bài tốn cắt: .....................................................................................................43
2.6. MỤC TIÊU VÀ MỨC ĐỢ ĐỒNG BỘ TẢI TRỌNG CỦA CÁC GIẢI PHÁP
GIA CƯỜNG:............................................................................................................................. 45
2.6.1. Đánh giá tải trọng thiết kế: .............................................................................46
2.6.2. Đánh giá tải trọng hợp pháp: .........................................................................46
2.6.3. Đánh giá tải trọng cấp phép: ..........................................................................46
2.6.4. Quy trình đánh giá tải trọng: ..........................................................................46

2.6.5. Công thức chung để đánh giá cầu: ................................................................ 48
2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: .............................................................................................. 50

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN GIA CƯỜNG KẾT CẤU NHỊP CẦU NAM Ô
CŨ BẰNG VẬT LIỆU FRP ..............................................................................51
3.1. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT: ...................................................................................... 51
3.2. SỐ LIỆU THIẾT KẾ: ..................................................................................................... 52
3.2.1. Kích thước dầm chủ: .......................................................................................52
3.2.2. Tọa độ trọng tâm các tao cáp so với đáy dầm: ...............................................52
3.3. TÍNH TỐN HỆ SỚ PHÂN BỚ NGANG ĐỚI VỚI HOẠT TẢI:....................... 53
3.3.1. Đối với mô men uốn: .......................................................................................53
3.3.1.1. Dầm giữa: .........................................................................................................53
3.3.1.2. Dầm biên: .........................................................................................................53
3.3.2. Đối với lực cắt: ................................................................................................ 53
3.3.2.1. Dầm giữa: .........................................................................................................53
3.3.2.2. Dầm biên: .........................................................................................................53
3.4. TÍNH TỐN NỢI LỰC TRÊN CÁC TIẾT DIỆN CỦA DẦM: ........................... 54
3.4.1. Nội lực do tĩnh tải:........................................................................................... 57
3.4.1.1. Tĩnh tải giai đoạn I:.......................................................................................... 57
3.4.1.2. Tĩnh tải giai đoạn II: ........................................................................................57
3.4.1.3. Nội lực do tĩnh tải: ........................................................................................... 57
3.4.2. Nội lực do hoạt tải HL93: ...............................................................................58
3.4.3. Tổ hợp nội lực: ................................................................................................ 59
3.5. KIỂM TRA DẦM CHỦ THEO TTGH CĐ KHI CHƯA GIA CƯỜNG: ........... 60
3.5.1. Kiểm tra sức kháng uốn: .................................................................................60
3.5.2. Kiểm tra sức kháng cắt: ..................................................................................61
3.5.2.1. Xác định chiều cao hữu hiệu của mặt cắt dv: ...................................................61
3.5.2.2. Tính tốn sức kháng cắt Vn: .............................................................................62
3.6. TÍNH TỐN GIA CƯỜNG DẦM BẰNG VẬT LIỆU SỢI FRP: ........................ 63
3.6.1. Tăng cường sức kháng ́n: ...........................................................................63

3.6.1.1. Tính tốn các thơng số tăng cường: .................................................................63


3.6.1.2. Tính toán biến dạng ban đầu của đáy dầm: .....................................................64
3.6.1.3. Tính toán biến dạng của tấm sợi: .....................................................................64
3.6.1.4. Xác định biến dạng có hiệu của tấm sợi: .........................................................65
3.6.1.5. Xác định biến dạng trong cáp DƯL: ................................................................ 65
3.6.1.6. Tính ứng suất trong cáp DƯL và tấm sợi: .......................................................65
3.6.1.7. Tính chiều cao vùng bê tơng chịu nén: ............................................................ 66
3.6.1.8. Tính tốn sức kháng uốn: .................................................................................66
3.6.2. Tăng cường sức kháng cắt: ............................................................................67
3.6.2.1. Tính toán biến dạng trong tấm sợi chịu cắt: ....................................................68
3.6.2.2. Tính toán khả năng tăng cường của tấm sợi :..................................................68
3.6.2.3. Tính toán sức kháng cắt: ..................................................................................68
3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG: ................................................................................................. 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................70


TÓM TẮT
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NÂNG CẤP TẢI TRỌNG CẦU
NAM Ô CŨ
Học viên: Phạm Quang Hiển ...
Mã số: 60580250 .... Khóa: K33

Chuyên nghành:Kỹ thuật xây dựng CTGT
Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Ở nước ta hiện tại số lượng cầu bê tông cốt thép DƯL sử dụng định hình sản
xuất dầm chủ và sơ đồ kết cấu nhịp của nhà máy bê tông Châu Thới rất nhiều, chúng

đã và sẽ còn đem lại những giá trị to lớn về kinh tế và giao thông vận tải. Tuy nhiên,
đến giai đoạn hiện nay hệ thống cầu cũ đã có dấu hiệu suy giảm năng lực chịu tải cũng
như không đáp ứng được nhu cầu giao thông với tải trọng yêu cầu cao hơn. Do đó, cần
phải có các biện pháp gia cường để nâng cao năng lực chịu tải nhằm đồng bộ hóa tải
trọng trên tồn tuyến và duy trì khả năng phục vụ của chúng. Trong đó có cầu Nam Ơ
hiện đã xuống cấp và không đáp ứng được yêu cầu khai thác hiện tại. Dựa trên số liệu
kiểm định và các số liệu thu thập từ các hồ sơ thực tế, tác giả đã đề xuất và chọn biện
pháp gia cường bằng vật liệu polyme cốt sợi để tính tốn gia cường kết cấu nhịp cầu
Nam Ơ. Theo kết quả tính tốn, tác giả đã xác định được cường độ còn thiếu và gia
cường thêm các lớp tấm sợi Carbon ở giữa nhịp và lớp Tyfo ở đầu dầm chủ. Sau khi
gia cường kết cấu nhịp đảm bảo khai thác với tải trọng HL93 .
Từ khóa : Gia cường cầu; vật liệu polyme cốt sợi; sửa chữa cầu; kiểm định cầu.
RESEARCH OF CURRENT STATUS AND UPGRADING OF OLD NAM O
BRIDGE
Abstract: In our country, the number of prestressed concrete bridges used for the
production of master beams and the rhythm diagram of the Chau Thoi concrete plant
are many, which have and will continue to bring great value. major in economics and
transportation. However, to the present period, the old bridge system has shown signs
of capacity decline and can not meet the demand for traffic with higher requirements.
Therefore, reinforcement measures are needed to improve load capacity to synchronize
load on the entire route and maintain their service capacity. In particular, the existing
Nam O Bridge has been degraded and can not meet the current mining demand. Based
on the test data and the data collected from the actual records, the author has proposed
and selected reinforcement measures using fiber reinforced polymers to calculate the
reinforced structure of Nam O bridge. Based on the results, the authors identified the
missing strengths and reinforced the carbon fiber layers in the middle of the rhythm
and the Tyfo layer at the end of the beam. After reinforcing rhythm structure to ensure
exploitation with HL93 load.
Key words: reinforcement; polymer material; bridge repair; Demand testing.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thể hiện tính chất cơ học khác nhau của các loại chất nền (Coker 2003)...16
Bảng 2.1. Bảng đặc trưng cơ lý của một số hệ thống tăng cường sử dụng FRP điển
hình có sẵn .....................................................................................................................36
Bảng 3.1. Bảng kích thước hình học dầm chủ ............................................................... 52
Bảng 3.2. Bảng thơng số bố trí cáp DƯL ......................................................................53
Bảng 3.3. Bảng hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải ..................................................54
Bảng 3.4. Bảng diện tích đường ảnh hưởng tại các tiết diện dầm ................................ 54
Bảng 3.5. Bảng giá trị nội lực đối với dầm trong .........................................................57
Bảng 3.6. Bảng giá trị nội lực đối với dầm ngoài .........................................................58
Bảng 3.7. Bảng tổng hợp giá trị nội lực mômen tại các mặt cắt...................................58
Bảng 3.8. Bảng tổng hợp giá trị nội lực cắt tại các mặt cắt .........................................58
Bảng 3.9. Bảng tổng hợp giá trị nội lực dầm chủ .........................................................59
Bảng 3.10. Bảng kiểm tra sức kháng uốn trên dầm ......................................................60
Bảng 3.11. Bảng xác định chiều cao hữu hiệu .............................................................. 62
Bảng 3.12. Bảng kiểm tra sức kháng cắt trên dầm .......................................................62
Bảng 3.13. Bảng thông số vật liệu của tấm sợi TyFo SCH41 .......................................63
Bảng 3.14. Bảng tính tốn các thơng số tăng cường ....................................................64
Bảng 3.15. Bảng tính tốn biến dạng ban đầu của đáy dầm ........................................64
Bảng 3.16. Bảng tính tốn biến dạng của tấm sợi ........................................................65
Bảng 3.17. Bảng tính tốn biến dạng có hiêu của tấm sợi ............................................65
Bảng 3.18. Bảng tính tốn biến dạng trong cáp DƯL ..................................................65
Bảng 3.19. Bảng tính tốn ứng suất trong cáp DƯL và tấm sợi ...................................66
Bảng 3.20. Bảng tính tốn chiều cao vùng bê tơng chịu nén ........................................66
Bảng 3.21. Bảng tính tốn sức kháng uốn dầm chủ ......................................................67
Bảng 3.22: Bảng so sánh sức kháng uốn tính tốn của dầm ........................................67
Bảng 3.23. Bảng tính tốn các thơng số tăng cường ....................................................67
Bảng 3.24. Bảng tính toán biến dạng trong tấm sợi chịu cắt ........................................68
Bảng 3.25. Bảng tính tốn khả năng tăng cường của tấm sợi chịu cắt ........................68

Bảng 3.26. Bảng tính tốn sức kháng cắt dầm chủ .......................................................69
Bảng 3.27: Bảng so sánh sức kháng cắt tính tốn của dầm .........................................69


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hiện trạng cầu trên các tuyến Quốc lộ do CQLĐB III quản lý.....................3
Hình 1.2. Gỉ dầm chủ cầu Cẩm Tiên 1 Km1206+442, Quốc lộ 1, Bình Định...............4
Hình 1.3. Gỉ dầm ngang cầu Trà Quang 5 Km1178+330.8, QL1A, Bình Định.............4
Hình 1.4. Nứt bản mặt cầu cầu Đại Lãnh Km1369+117, QL1A, tỉnh Khánh Hịa ........5
Hình 1.5. Nứt dầm cầu Giắt Dây Km1076+356, QL1A, tỉnh Quảng Ngãi ....................5
Hình 1.6. Nứt dầm bản cầu Trà Quang 5 Km1178+330.8, QL1A, tỉnh Bình Định .......5
Hình 1.7. Bong vỡ thấm nước mối nối dọc cầu Ơng Vân Km1108+421........................6
Hình 1.8. Nứt dầm cầu Trà Câu Km1091+645, QL1, tỉnh Quảng Ngãi ........................6
Hình 1.9. Đứt cáp DƯL ngang cầu Nam Ô cũ Km917+198, QL1, Đà Nẵng ................7
Hình 1.10. Hư hỏng khe co giãn cầu Nam Ơ Km917+198, QL1, Đà Nẵng...................7
Hình 1.11. Hư hỏng mặt cầu Nam Ơ Km917+198, QL1, Đà Nẵng ............................... 8
Hình 1.12. Xói nón mố cầu 11 Km47+526, QL26, tỉnh Đắk Lắk ...................................8
Hình 1.13. Nứt bê tơng bọc trụ cầu Nam Ơ, Km917+198, QL1, Đà Nẵng ....................8
Hình 1.14. Chuyển vị gối cầu cầu Câu Lâu Km953+340, QL1, tỉnh Quảng Nam ........9
Hình 1.15. Chuyển vị gối cầu cầu Bàn Thạch Km953+340, QL1, tỉnh Phú Yên ...........9
Hình 1.16. Tăng cường sức kháng cắt bằng gia cường bản thép .................................11
Hình 1.17. Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngồi tuyến cáp thẳng .................13
Hình 1.18. Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngồi tuyến cáp gẫy khúc ............13
Hình 1.19. Tăng cường dầm cầu đơn giản BTCT nhiều nhịp bằng DUL ngồi để liên
tục hố các nhịp dầm .....................................................................................................13
Hình 1.20. Tăng cường chịu cắt cho kết cấu dầm ........................................................17
Hình 1.21. Tăng cường chịu cắt cho dầm .....................................................................17
Hình 1.22. Tăng cường chịu uốn cho dầm ...................................................................18
Hình 2.1. Cầu Nam Ơ - Km917+198, Quốc lộ 1 .......................................................... 26
Hình 2.2. Mặt cầu bị hư hỏng nặng .............................................................................27

Hình 2.3. Vết nứt thẳng đứng đầu dầm chủ ..................................................................28
Hình 2.4. Vết nứt thẳng đứng dầm chủ tại vị trí giữa nhịp ..........................................28
Hình 2.5. Dầm chủ bong vỡ bê tơng lộ cốt thép ........................................................... 29
Hình 2.6. Bong vỡ bê tơng mối nối dọc dầm chủ.......................................................... 29
Hình 2.7. Sửa chữa khoang dầm ngang bằng bê tông và bản thép .............................. 30
Hình 2.8. Dầm ngang bị vỡ bê tơng, hư hỏng mối nối .................................................30
Hình 2.9. Thanh D32 tụt bản thép neo 2 đầu ............................................................... 31
Hình 2.10. Khe co giãn bị bong bật tấm cao su, mất nắp đậy bulong .........................31
Hình 2.11. Trụ lan can bị vỡ bê tơng lộ cốt thép .......................................................... 32
Hình 2.12. Gối cao su bị lão hóa, bẹp hồn tồn .........................................................32
Hình 2.13. Cọc trụ bị gỉ sét, bê tông cọc trụ bị vỡ bê tông lộ cốt thép.........................33
Hình 2.14. Biểu đờ quan hệ Ứng suất - Biến dạng của bê tơng ...................................34
Hình 2.15. Biểu đờ quan hệ Ứng suất - Biến dạng của một số loại thép .....................34


Hình 2.16. Mơ hình vật liệu cốt thép trong tính tốn kết cấu .......................................35
Hình 2.17. Mơ hình trong tính tốn thép DƯL ............................................................. 35
Hình 2.18. Mơ hình trong tính tốn vật liệu FRP .........................................................36
Hình 2.19. Mơ hình cân bằng nội lực trong mặt cắt CFRP .........................................43
Hình 2.20. Sơ đờ đánh giá tải trọng cầu ......................................................................48
Hình 3.1. Mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu ....................................................................51
Hình 3.2. Mặt cắt ngang dầm chủ ................................................................................51
Hình 3.3. Kích thước mặt cắt dầm chủ .........................................................................52
Hình 3.4. Bố trí cáp DƯL mặt cắt đầu và giữa dầm ....................................................52
Hình 3.5. Đường ảnh hưởng mơmen tại mặt cắt giữa nhịp ..........................................54
Hình 3.6. Đường ảnh hưởng mơmen tại mặt cắt L/4 ....................................................55
Hình 3.7. Đường ảnh hưởng mơmen tại mặt cắt L/8 ....................................................55
Hình 3.8. Đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt giữa nhịp ..........................................55
Hình 3.9. Đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt L/4 ....................................................56
Hình 3.10. Đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt L/8 ..................................................56

Hình 3.11. Đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt gối ...................................................57
Hình 3.12. Biểu đờ kiểm tra sức kháng uốn..................................................................61
Hình 3.13. Biểu đờ kiểm tra sức kháng cắt ...................................................................63
Hình 3.14. Mơ hình tính tốn sức kháng uốn khi gia cường vật liệu CFRP ................63
Hình 3.15. Biểu đờ tăng cường sức kháng uốn............................................................. 67
Hình 3.16. Biểu đồ tăng cường sức kháng cắt .............................................................. 69


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Giai đoạn hiện nay, cùng với sự mở cửa của nền kinh tế và tăng trưởng nhanh
của nền kinh tế nước ta đã thúc đẩy mạnh mẽ tốc độ phát triển của ngành xây dựng nói
chung và hệ thống cầu đường bộ nói riêng dẫn đến hệ thống cầu trên các tuyến quốc lộ
được xây dựng trong giai đoạn trước đây đều bị xuống cấp và hư hỏng nặng do vấn đề
quá tải gây ra như hiện tượng nứt ngang bụng dầm khu vực gần giữa nhịp do thiếu mô
men kháng uốn, nứt xiên tại sườn dầm và nứt dọc theo nách dầm khu vực đầu nhịp do
thiếu sức kháng cắt và do ứng suất kéo chủ gây ra.
Trong điều kiện nền kinh tế nước ta hiện nay cịn nhiều khó khăn, chưa đủ điều
kiện kinh phí để đầu tư xây dựng cầu mới thay thế, việc duy trì khả năng khai thác của
cầu cũ vẫn phải được thực hiện. Vì vậy vấn đề sửa chữa và gia cường cầu yếu để nâng
cấp tải trọng nhằm tháo biển hạn chế tải trọng hoặc để đồng bộ biển hạn chế tải trọng
trên tuyến đã trở nên hết sức cần thiết. Trong một vài năm trở lại đây trên hầu hết các
quốc lộ trong cả nước một số cầu yếu đã được sửa chữa gia cố theo hướng chủ đạo là
tăng khả chịu lực cho kết cấu dầm chủ bằng giải pháp “Làm thêm bản BTCT liên hợp
trên đỉnh dầm chủ đồng thời bổ sung vật liệu chịu kéo cho cốt thép thường (hoặc thép
DƯL) bằng vật liệu polyme cốt sợi các bon dán vào mặt bê tông khu vực đáy dầm chủ
để tăng độ cứng và sức kháng uốn cho dầm chủ”. Chính vì vậy, hướng nghiên cứu của
đề tài về “Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và nâng cấp tải trọng cầu Nam Ô cũ” là
thật sự cần thiết và có tính thực tiễn cao.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Tìm hiểu một số biện pháp gia cường cầu BTCT, BTCT DƯL và áp dụng vật liệu
polymer cốt sợi tăng cường khả năng chịu lực cho cầu Nam Ô cũ nhằm nâng cấp tải
trọng để tháo biển hạn chế tải trọng hoặc để đồng bộ biển tải trọng trên tồn tuyến.
3. Đới tượng nghiên cứu:
Kết cấu dầm chủ các cầu dầm bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực
nhịp giản đơn trên các tuyến quốc lộ thuộc địa phận Cục Quản lý đường bộ III quản lý.
4. Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu sử dụng vật liệu polyme cốt sợi để nâng cấp tải trọng cho kết cấu
dầm BTCT và BTCT DƯL.
5. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu cơ sở lý thuyết;
- Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu là thống kê, tổng hợp,
phân tích, đánh giá.
- Phương pháp quan sát, kiểm tra, đo đạc thu thập các số liệu thực tế.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Đề tài đã tìm hiểu về khoa học một số vật liệu chuyên dụng và phương pháp gia
cường cho kết cấu nhịp, tìm hiểu phương pháp tính tốn, đánh giá khả năng chịu tải


2
của cầu sau khi gia cường thông qua thực nghiệm. Qua đó góp phần hiệu quả cho cơng
tác thiết kế, gia cường hệ thống cầu yếu nhằm nâng cấp tải trọng hoặc đồng bộ hóa tải
trọng trên tồn tuyến quốc lộ thuộc địa phận Cục Quản lý đường bộ III quản lý.


3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH CẦU VÀ CÁC BIỆN
PHÁP GIA CƯỜNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC QLĐB III
1.1. THỰC TRẠNG HỆ THỚNG CẦU:

1.1.1. Thơng tin chung:
Trên hệ thống các tuyến Quốc lộ do Cục Quản lý đường bộ III quản lý có các
tuyến Quốc lộ bao gồm QL1, QL1D, QL14, QL14G, QL19, QL19C, QL26, QL26B,
QL27C, đường Hải Vân - Túy Loan, đường Trường Sơn Đông và đường Hồ Chí Minh
với tổng chiều dài hơn 1.800Km trong đó có 628 cây cầu, trong đó cầu BTCT và
BTCT DƯL có 554 cầu. Hệ thống cầu đang khai thác trên các tuyến quốc lộ này hầu
hết được xây dựng trước năm 1979 (chủ yếu được Mỹ xây dựng trước năm 1975 và
một số cầu được Việt Nam xây dựng sau giải phóng) sử dụng định hình sản xuất dầm
chủ và sơ đồ kết cấu nhịp chủ yếu của nhà máy bê tông Châu Thới (Công ty bê tông
620 - Cienco 6). Trong giai đoạn này kết cấu nhịp chỉ được thiết kế với tải trọng
HS20-44 theo quy trình AASHTO92 của Mỹ. Giai đoạn hiện nay, hệ thống cầu được
thiết kế với tải trọng H30-XB80 theo quy trình 22TCN18-79. Trong những năm gần
đây trong các dự án mở rộng Quốc lộ 1, Quốc lộ 14 đường Trường Sơn Đông, đường
Hầm Hải Vân - Túy Loan các cầu được xây dựng mới với tải trọng HL93. Tuy nhiên
do nguồn vốn còn hạn chế nên các dự án này vẫn tận dụng hệ thống cầu cũ sau khi
được sửa chữa, nâng cấp tải trọng đồng thời xây dựng thêm một đơn nguyên mới bên
cạnh các cầu cũ. Đó là các tiềm ẩn mất an tồn sự cố cầu có thể xảy ra.
Kết cấu của hệ thống kết cấu nhịp các cầu phần lớn là cầu dầm T bằng BTCT
DƯL (sản xuất tại nhà máy bê tông Châu Thới), cầu dầm T bằng BTCT thường đổ tại
chỗ, cầu dầm thép liên hợp bản BTCT, cầu dầm Bản BTCT lắp ghép, cầu dầm T bằng
BTCT thường lắp ghép (gồm các loại có chiều dài nhịp L=18m, L=12m và L=15m),
cầu dầm bản bằng BTCT đổ tại chỗ. Hệ thống cầu đang dần được đầu tư nâng cấp cải
tạo khả năng chịu tải nhằm đáp ứng nhu cầu khai thác tuy nhiên chưa được đồng bộ
trên toàn tuyến. Trong giai đoạn từ năm 2014 - 2017, Tổng cục đường bộ Việt Nam đã
có nhiều dự án nâng cấp, sửa chữa cầu trong đó có Dự án sửa chữa gia cường cầu
nhằm nâng cấp tải trọng để tháo biển hạn chế tải trọng hoặc để đồng bộ biển hạn chế
tải trọng trên từng tuyến quốc lộ trên cả nước.

Hình 1.1. Hiện trạng cầu trên các tuyến Quốc lộ do CQLĐB III quản lý

4
1.1.2. Các dạng hư hỏng, sự cố thường gặp:
1.1.1.1. Đối với kết cấu nhịp giàn thép, dầm thép liên hợp bê tông cốt thép:
Thường xảy ra các trường hợp sau:
- Tình trạng gỉ kết cấu thép giàn, dầm, liên kết ngang làm suy giảm độ cứng, khả
năng chịu lực. Đặc biệt là các vị trí đầu dầm bị rỉ nặng, cá biệt có những vị trí đầu dầm
trên gối bị gỉ thủng.
- Tình trạng gỉ các gối cầu (gối thép); bề mặt tiếp xúc không đảm bảo; vỡ đá kê
gối.
- Hư hỏng các mối nối liên kết (liên kết hàn, bu lông, định tán).
- Hư hỏng bản mặt cầu (vỡ thủng, nứt bản mặt cầu).
- Hư hỏng liên kết giữa dầm thép với bản liên hợp (tình trạng bóc tách giữa dầm
với bản)...

Hình 1.2. Gỉ dầm chủ cầu Cẩm Tiên 1 Km1206+442, Quốc lộ 1, Bình Định

Hình 1.3. Gỉ dầm ngang cầu Trà Quang 5 Km1178+330.8, QL1A, Bình Định


5

Hình 1.4. Nứt bản mặt cầu cầu Đại Lãnh Km1369+117, QL1A, tỉnh Khánh Hịa
1.1.1.2. Đối với cầu bản bê tơng cốt thép và cầu dầm bê tông cốt thép:
Thường xảy ra các trường hợp sau:
- Tình trạng bong tróc lớp bê tơng bảo vệ.
- Tình trạng nứt dưới đáy bản bê tơng, nứt dưới bầu và thân dầm cầu.
- Tình trạng bong vỡ mối nối dọc giữa các dầm chủ.
- Trình trạng đứt cáp DƯL ngang đối với các cầu dầm DƯL.

Hình 1.5. Nứt dầm cầu Giắt Dây Km1076+356, QL1A, tỉnh Quảng Ngãi

Hình 1.6. Nứt dầm bản cầu Trà Quang 5 Km1178+330.8, QL1A, tỉnh Bình Định


6

Hình 1.7. Bong vỡ thấm nước mối nối dọc cầu Ông Vân Km1108+421

Hình 1.8. Nứt dầm cầu Trà Câu Km1091+645, QL1, tỉnh Quảng Ngãi


7

Hình 1.9. Đứt cáp DƯL ngang cầu Nam Ơ cũ Km917+198, QL1, Đà Nẵng
1.1.1.3. Mố trụ cầu, gối cầu, đường đầu cầu, bản mặt cầu, khe co giãn và các
công trình phụ trợ:
Thường xảy ra các trường hợp sau:
- Lún sụt phần đắp đất sau mố, hỏng bản quá độ, hư hỏng lớp mặt cầu đường tiếp
giáp với cầu, sạt lở mái ta luy, gia cố các đầu cầu bị hỏng.
- Lớp bê tông nhựa bản mặt cầu bị nứt vỡ, bong tróc.
- Khe co giãn bị bong bật, vỡ bê tơng.
- Hư hỏng hệ thống thốt nước mặt cầu.
- Gối cầu bị chuyển vị do ảnh hưởng của biến dạng co ngót và dao động của các
cầu liên tục dầm hoặc liên tục nhiệt nhiều nhịp.
- Hệ cọc thép trụ cầu bị gỉ hoặc hư hỏng lớp bọc bê tơng cốt thép.

Hình 1.10. Hư hỏng khe co giãn cầu Nam Ô Km917+198, QL1, Đà Nẵng

8

Hình 1.11. Hư hỏng mặt cầu Nam Ơ Km917+198, QL1, Đà Nẵng

Hình 1.12. Xói nón mố cầu 11 Km47+526, QL26, tỉnh Đắk Lắk

Hình 1.13. Nứt bê tơng bọc trụ cầu Nam Ô, Km917+198, QL1, Đà Nẵng


9

Hình 1.14. Chuyển vị gối cầu cầu Câu Lâu Km953+340, QL1, tỉnh Quảng Nam

Hình 1.15. Chuyển vị gối cầu cầu Bàn Thạch Km953+340, QL1, tỉnh Phú Yên
1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO HỆ THỐNG CẦU TRÊN ĐỊA BÀN CỤC
QLĐBIII:
Thực trạng hệ thống cầu yếu trên địa bàn Cục Quản lý đường bộ III trải dài
trên địa bàn 6 tỉnh Nam Trung bộ (từ Đà Nẵng - Khánh Hòa) và 4 tỉnh thuộc khu
vực Tây Nguyên (Kon Tum - Đắk Nông) gồm 88 cầu nằm rải rác trên 17 Quốc lộ
trong đó: 35 cầu thuộc phạm vi quản lý của Cục quản lý đường bộ III (trên 6 Quốc
lộ: QL1, QL14, QL14G, QL19, QL26, đường Hồ Chí Minh); 53 cầu thuộc phạm vi
quản lý của 6 sở GTVT các tỉnh từ Đà Nẵng - Khánh Hòa và các tỉnh Tây Nguyên
(trên 11 tuyến Quốc lộ ủy thác: QL14B, QL14D, QL14E, QL40B, QL24, Q24B,
QL19B, QL25, QL29, QL1C, QL27), số lượng cầu yếu cần sửa chữa, gia cường
nâng cấp tải trọng cụ thể trên địa bàn các tỉnh như sau:
- Thành phố Đà Nẵng 8 cầu gồm: QL1 = 01cầu, QL14G = 07cầu.
- Tỉnh Quảng Nam 32 cầu gồm: QL14G = 09cầu, QL14B = 02cầu, QL14D =
02cầu, QL14E = 06cầu, QL40B = 13cầu.
- Tỉnh Quảng Ngãi 08 cầu gồm: QL1 = 06cầu, QL24 = 01cầu, QL24B = 01cầu.
- Tỉnh Bình Định 16 cầu gồm: QL1 = 01cầu, QL19B = 15cầu.

10
- Tỉnh Phú Yên 02 cầu gồm: QL25 = 01cầu, QL29 = 01cầu.
- Tỉnh Khánh Hòa 05 cầu gồm: QL1 = 01cầu, QL1C = 04cầu.
- Tỉnh Kon Tum 05 cầu gồm: Đường Hồ Chí Minh = 05cầu.
- Tỉnh Gia Lai 05 cầu gồm: QL14 = 01cầu, QL19 = 02cầu, QL25 = 02cầu.
- Tỉnh Đắk Lắk 07 cầu gồm: QL26 = 02cầu, QL27 = 03cầu, QL29 = 02cầu
Trong 88 cầu yếu trong địa bàn Cục III có 17 cầu trùng với các dự án XDCB
hoặc dự án sửa chữa gia cường đã triển khai, các cầu còn lại cần được đầu tư sửa
chữa, gia cường để nâng đồng bộ tải trọng trên tuyến: Giữ nguyên khổ cầu cũ, sửa
chữa, gia cường để đồng bộ theo 2 cấp độ:
- Cấp độ 1: Tháo dỡ biển hạn chế tải trọng (Các cầu nằm trên QL1 và QL19 có
các cầu thiết kế với tải trọng H30-XB80 đang cắm biển hạn chế tải trọng hoặc đã bị hư
hỏng, xuống cấp).
- Cấp độ 2: Nâng tải trọng đồng bộ phù hợp với tải trọng khai thác chung của
tuyến và khả năng đáp ứng gia cường của các cầu trên tuyến, tiếp tục cắm biển hạn chế
tải trọng cho 3 loại xe hợp pháp gồm xe [3], [3-S2] và [3-3].
Với thực trạng hệ thống cầu yếu còn tồn tại như trên, để có một hệ thống cầu đầy
đủ, hồn chỉnh và đồng bộ cần có một lượng vốn đầu tư lớn cho việc thay thế các cầu
cũ. Tuy nhiên, cùng với việc cắt giảm ngân sách đầu tư cơng và nguồn vốn bảo trì
đường bộ được cấp hàng năm về địa bàn Cục quản lý đường bộ III thấp, ngồi ra việc
phân bổ vốn cho các cơng trình đường và các cơng trình khác cịn làm cho nguồn vốn
bảo trì cơng trình cầu càng ít đi.
Vấn đề cần đặt ra là: Trên cơ sở nguồn kinh phí bảo trì và hiện trạng hệ thống
cầu phải đưa ra được giải pháp sửa chữa, gia cường hợp lý nhằm giúp hồn thiện mạng
lưới đường giao thơng, đáp ứng nhu cầu vận tải, đồng thời gúp cho các cơ quan quản
lý quản lý tốt hạ tầng cầu, đường bộ và các phương tiện qua lại trên tuyến.
1.3. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG TÁC SỬA
CHỮA, GIA CƯỜNG CẦU YẾU:

Trong quá trình thực hiện khảo sát và áp dụng giải pháp, công nghệ trong công
tác sửa chữa gia cường cầu yếu nhận thấy các giải pháp được áp dụng phải đảm bảo
được một số yêu cầu sau:
- Giảm được sự tác động của tải trọng lên kết cấu cơng trình: Các giải pháp được
đưa ra như sửa chữa tạo êm thuận mặt cầu xe chạy (làm lại lớp phủ mặt cầu, sửa chữa
khe co dãn) để giảm hệ số xung kích của hoạt tải.
- Làm sao để phân bố tải trọng giữa các dầm chủ được đều hơn (giảm hệ số phân
bố ngang tác dụng lên dầm chủ): Các giải pháp được lựa chọn như làm lại dầm ngang,
bản mặt cầu; bổ sung dầm ngang và tăng cường độ cứng cho dầm ngang bằng giải
pháp căng cáp DƯL cho dầm ngang...
- Tăng khả năng chịu lực cho bản thân kết cấu dầm chủ: Qua tính tốn, phân tích
đánh giá mức độ hư hỏng của cầu nhận thấy các yêu cầu 1 & 2 chỉ đáp ứng được mức


11
độ nhất định để cải thiện sức chịu tải vì xung lực & hệ số phân bố ngang do hoạt tải
chỉ có thể giảm đến mức độ nhất định, khi ta tăng cường thêm liên kết ngang thì hệ số
phân bố ngang sẽ khơng giảm nhiều và cịn làm tăng thêm tĩnh tải cho kết cấu dầm
chủ. Trước vấn đề này phải có giải pháp để tăng cường sức chịu tải cho bản thân kết
cấu dầm chủ. Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam có rất nhiều biện pháp gia
cố và tăng cường kết cấu nhịp cho các cơng trình cầu BTCT, BTCT DƯL cũ, như:
- Gia cường bằng dán bản thép.
- Gia cường bằng phương pháp dùng hệ cáp dự ứng lực căng ngoài.
- Gia cường bằng vật liệu composite cường độ cao (FRP);
1.3.1. Gia cường bằng phương pháp dán bản thép:
Đây là phương pháp dán thêm một hoặc nhiều tấm bản thép vào phía mặt chịu
kéo của kết cấu bê tông. Yêu cầu của phương pháp là phải bảo đảm bản thép dám làm
việc như một bộ phận của cốt thép chịu kéo. Bản thép có chiều dày khoảng 10 - 40mm
và dán bằng chất kết dính epoxy.
1.3.1.1. Nguyên tắc lựa chọn:

Khi các bộ phận kết cấu bê tơng được phát hiện ra có cường độ thấp hơn yêu cầu
do sự thiếu hụt cốt thép ở thời điểm hiện tại. Cốt thép bổ sung cần được thêm vào dưới
dạng cốt thép ngoài dưới dạng bản thép khơng gỉ dính bám bề mặt bê tơng. Phương
pháp này có thể tăng lên khả năng kháng uốn và cường độ chịu cắt.

Hình 1.16. Tăng cường sức kháng cắt bằng gia cường bản thép
Phương pháp sửa chữa, tăng cường này đã được sử dụng trong nhiều năm và có
rất nhiều tiêu chuẩn tại nhiều quốc gia trên thế giới quy định cụ thể việc áp dụng cho
loại vật liệu này.
Để cho các bản thép làm việc hiệu quả, sự dính bám giữa bản thép và bê tơng
phải đầy đủ để đảm bảo sự làm việc của vật liệu tổ hợp. Do vậy thông số quan trọng
nhất là đặc trưng kết cấu của chất kết dính và sự chuẩn bị bề mặt trước khi dán.


12
Bản thép dán ngồi thơng thường sử dụng để tăng sức kháng uốn của dầm và bản
bê tông. Các bản thép thường được dính ở mặt dưới dầm để dễ dàng thi công và kiểm
tra.
1.3.1.2. Ưu nhược điểm của phương pháp dán bản thép:
a) Ưu điểm: Lợi thế của của giải pháp sử dụng bản thép là giải pháp tăng cường
với chi phí thấp và dễ thi cơng. Tĩnh tải khi gia cường bằng bản thép tăng lên rất ít và
ít ảnh hưởng đến kết cấu hiện hữu. Các tải trọng dài hạn tiếp tục được chịu bởi mặt cắt
nguyên ban đầu. Ứng suất trong bản thép chỉ xuất hiện khi có hoạt tải lên kết cấu liên
hợp do vậy từ biến không phải là vấn đề cần phải quan tâm.
b) Nhược điểm: Tạo ra ứng suất cục bộ lớn tại các neo, có thể bị han gỉ và phải
cấm cầu khi thi cơng, sau khi sửa chữa rất chóng hỏng, các bản thép bị bong khỏi các
lớp keo dán. Hơn nữa, dưới tác dụng của môi trường, bản thép cũng có hiện tượng gỉ.
Hiện tượng này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự dính kết giữa bản thép và bê tơng do
sự xuống cấp của lớp keo dính bám.
Vì vậy rất ít khi sử dụng giải pháp này để gia cường khả năng chịu tải của các

dầm chủ. Hiện chưa có tài liệu nào hướng dẫn quy trình thiết kế cũng như thi cơng,
nghiệm thu, chưa có kết qủa đánh giá sau khi gia cường. Việc đưa vào thiết kế chỉ
mang tính chất định tính, khơng có đủ cơ sở khoa học.
1.3.2. Gia cường bằng phương pháp căng cáp DƯL ngoài:
1.3.2.1. Khái niệm về dự ứng lực ngoài:
- Kết cấu BTCT DƯL ngồi là kết cấu có cốt thép DƯL đặt ngồi tiết diện bê
tơng. DƯL chỉ tác động vào tiết diện BT từ bên ngoài qua một số điểm liên kết, tại đó
cốt thép DƯL và bê tơng cùng biến dạng. Cơng nghệ DƯL ngồi chỉ tác động vào bê
tông như một ngoại lực tác động ở những điểm có liên kết.
- Về cấu tạo: Có những bộ phận riêng không giống như kết cấu bê tông DƯL
trong. Những bộ phận này phải được tính tốn và cấu tạo chi tiết có xét tới tình trạng
cầu cũ và sự làm việc của cầu sau khi tăng cường bằng DƯL.
- Về thi cơng: Đối với cơng trình sử dụng DƯL trong sau khi căng kéo thép mới
bơm vữa còn đối với cơng trình áp dụng DUL ngồi thì bơm vữa xi măng rồi mới
căng.
1.3.2.2. Các hình thức bố trí cáp DƯL ngồi:
Thường chúng ta có hai cách bố trí cáp ngồi dọc cầu, như sau:
- Bố trí theo tuyến cáp thẳng: Bố trí theo cách này đơn giản và dễ thi cơng vì
khơng có các chi tiết chủn hướng, khơng phải bố trí cấu tạo phức tạp ở điểm gẫy
khúc. Ma sát cốt thép trên thực tế coi như bằng không. Nhưng nhược điểm là hiệu suất
kém không cải thiện được sức chống cắt của dầm. Tuyến thẳng không tranh thủ được
độ lệch tâm của cáp DUL ngoài.


13
B
1

2
B

3

B-B

2

Hình 1.17. Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngồi tuyến cáp thẳng
1-Dầm chủ BTCT; 2-Vấu neo cáp DUL ngoài; 3-Cáp DUL ngồi
- Bố trí theo tuyến cáp gẫy khúc: Tuyến cáp gẫy khúc đi sát theo biểu đồ mômen
uốn hơn và tăng cường được sức chống cắt của dầm. Tuy nhiên tuyến cáp này phải tạo
ra các chi tiết chủn hướng, làm tăng tĩnh tải và thi cơng khó khăn hơn. Do gấp khúc
nên khi căng kéo bị mất ứng suất do ma sát nhiều hơn. Dù vậy nhưng trong thực tế
tuyến cáp dạng này được sử dụng phổ biến hơn.
C
2

2

1
4

C

3

4
C-C

2

4

Hình 1.18. Tăng cường dầm cầu BTCT bằng DUL ngoài tuyến cáp gẫy khúc
1-Dầm chủ BTCT; 2-Vấu neo cáp DUL ngồi; 3-Cáp DUL ngồi; 4-Vấu chuyển hướng

1
4

2

3

Hình 1.19. Tăng cường dầm cầu đơn giản BTCT nhiều nhịp bằng DUL ngồi để liên
tục hố các nhịp dầm
1-Dầm chủ BTCT; 2-Vấu neo cáp DUL ngoài; 3-Cáp DUL ngoài; 4-Vấu chuyển hướng


14
1.3.2.3. Các giả thiết trong tính toán và cấu tạo:
Các bó cáp DƯL ngồi khơng cùng biến dạng với bê tơng tiết diện có nghĩa là
khơng cùng chịu lực (ngồi các điểm liên kết neo ở chỗ chuyển hướng) cho nên khi
xác định tính năng tiết diện trong giai đoạn làm việc đàn hồi của kết cấu, khơng tính
đổi thép theo tỷ lệ môđun đàn hồi.
Không xét sự thay đổi lực căng các bó cáp DƯL ngồi khi có hoạt tải hoặc khi
nhiệt độ thay đổi. Ở trạng thái thứ nhất khi biến dạng bê tông lớn nhất cũng không tính
số gia của bó cáp DƯL ngồi và cần hạn chế giới hạn kéo dài của bê tơng.
Trong DƯL ngồi khơng tính mất mát ứng suất của các bó cáp căng trước khi
căng các bó sau. Nhưng các bó cáp DƯL ngồi tác động vào bê tơng kết cấu cho nên
các bó cáp DƯL trong có sẵn phải chịu mất mát ứng suất. Điều khơng làm với DƯL

trong thì nhất thiết phải làm với DƯL ngồi là kiểm tốn trạng thái giới hạn tối về mất
ổn định hình dạng nếu bó cáp khơng liên kết chặt với bê tơng một đoạn dài.
Vì cốt thép DƯL ngồi khơng cùng chế độ dao động như bản thân kết cấu, phải
tính tốn và cấu tạo cho chu kì dao động của bó cáp khác xa với chu kì dao động của
kết cấu.
Xác định lượng cáp DƯL dọc trong bê tơng có nghĩa là xác định lực tối đa khi
căng kéo và lực tối thiểu có hiệu của mỗi bó cáp, số lượng các bó cáp và vị trí đặt của
chúng sao cho cân bằng được ứng suất kéo khi hoạt tải tác động.
1.3.2.4. Ưu nhược điểm của phương pháp căng cáp DƯL ngoài:
a) Ưu điểm:
- Phương pháp có chi phí rẻ hơn so với các phương án đòi hỏi phải xây dựng lại
các bộ phận chính. Khi tăng cường sửa chữa bằng giải pháp dự ứng lực ngoài, các thiết
bị được sử dụng khá gọn nhẹ và dễ sử dụng.
- Hiệu quả trong việc tăng cường chống nứt trong kết cấu bê tông, đồng thời cải
thiện được sức kháng uốn và sức kháng cắt mà không làm tăng thêm tĩnh tải kết cấu.
- Do kết cấu lộ ra bên ngồi nên có thể dễ dàng kiểm tra và bảo dưỡng, làm nâng
cao độ tin cậy của kết cấu cũng như mất mát ứng suất hay hư hại dưới tác dụng của
các va đập hay ăn mịn có thể đánh giá dễ dàng bằng việc kiểm tra đơn giản.
- Các tao cáp trong trường hợp cần thiết có thể căng kéo lại hay thay thế dễ dàng.
- Có thể tăng cường kết cấu bằng giải pháp dự ứng lực ngồi mà khơng có các
ảnh hưởng lớn tới sự khai thác hiện tại của kết cấu.
b) Nhược điểm:
- Ứng dụng của phương pháp rất phụ thuộc vào điều kiện hiện hữu của cơng
trình. Các cầu bê tơng có cường độ xấu khơng thể kéo q lực cho phép. Do vậy cần
phải tiến hành khảo sát kỹ lưỡng và có các giải pháp gia cường trước khi tiến hành
căng kéo.
- Việc thi công các ụ neo và ụ chuyển hướng có thể khó khăn trong một số trường
hợp. Các chi tiết trong thiết kế cần phải chi tiết để đảm bảo không hư hại đến các kết