ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

`

PHẠM VĂN TÂN

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

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

: 60.58.02.05

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

Đà Nẵng - Năm 2017


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

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN MỸ

Phản biện 1: TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY

Phản biện 2: TS. NGUYỄN LAN

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


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

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


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

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


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

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

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

RF 

C  DL HL

LL
LL

(2.2)

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

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

(2.3)



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


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

3200



6300
5300

6300
5300

500

1750

500 1800

6300
500

T
V
750

T
V
2400

T
V
2400

750


Ghi chú:

T
V
2400

T

T
V
2400

ứng suất

750

V

T
V
750

T
V
2400

T
V
2400



Đúng tâm

6
7
8
9

Lệch tâm
hạ lƣu

Dầm 2

3.43

0.39

Dầm 3

1.44

0.16

Dầm 1

2.55

0.27

Dầm 2

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

3200

11800

9.35T

13650
7.66T

1500

5.87T

30000
1350

Ghi chó:

T
V

T
V

øng suÊt


T
V

T
V

T
V
2400

750

500

3000

5300
3000

1500

1800

1500

1750

500



T
V
750

T
V
2400

T
V
2400

750

®é vâng

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

Thế tải
Lệch tâm
thƣợng lƣu

4
5


Dầm 3

2.65

0.22

Dầm 1

4.07

0.34

Dầm 2

4.01

0.33

Dầm 3

4.00

0.33

Dầm 1

2.68

0.22

MPa

Es

200000

2

Giới hạn chảy

MPa

fy

190


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

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

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

Tải trọng

Ký hiệu

3
3S2
3-3

T3
T3-S2
T3-3

W
(KN)
222.50
320.00
356.00

RF
0.83
0.77
0.82

Tải trọng cắm

0.78
0.66
0.67

Tải trọng cắm
biển T (tấn)
15
16
18

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


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

4.46T

1100

9.14T

Ghi chú:

T

ứng suất

T

V

cầu ba động

V độ võng

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

300

4600
2000
2000

300 300

300 300

1100

1700

1100

1150

Thế tải lệch tâm trái - nhịp 1

4600
2000
2000
1800
1700 500

300

1100

4600
2000
2000

T

T
V

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

Đúng tâm

6
7
8

4.06

0.34

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

1

Hệ số sức kháng uốn

2

79.85

mm

c

93.95

kNm

Mn

3767.67

kNm

Mr

3767.67

Stt

Các thông số

3

Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất

4


Hệ số sức kháng cắt

2

Chiều cao chịu cắt có hiệu

3
4

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

v

1.0

mm

dv

823

mm

b

178



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

Ký hiệu

W(KN)

RF

Tải trọng

3

T3

222.50

0.90

20

3S2

T3-S2

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


mm

b ftc

360

3

Giới hạn chảy của thép

MPa

fy

190

4

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

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

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


Bề rộng bản cánh hữu hiệu

2

mm

b

1405

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

ds

1232.06

3

Diện tích thép dự ứng lực

mm2

As

3139.20

4


Sức kháng uốn sau khi tăng
KNm
cường

Mr

4145


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

T3

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


23

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

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