CHƯƠNG II
CÔNG TÁC KIỂM ĐỊNH VÀ GIA CỐ CẦU
I. Công tác kiểm định cầu:
1. Mục đích của công tác kiểm định cầu
Các công trình sau một thời gian sử dụng thường có những thay đổi nhất định, có thể làm
ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của công trình. Những thay đổi này có thể do các nguyên
nhân như: môi trường, thời gian khai thác, do tác động của hoạt tải và tĩnh tải và có thể do
nhiều nguyên nhân khác nữa.
Những thay đổi bao gồm:Thay đổi về hình dạng bên ngoài và thay đổi về bản chất như:
tính chất cơ lý của vật liệu, sự liên kết, dính kết của các bộ phận kết cấu...
Công tác kiểm định cầu cần thiết phải xem xét sự an toàn của toàn công trình khi cho
những hoạt tải vượt cấp tải trọng thiết kế đi qua hoặc tiến hành thiết kế gia cố và cải tạo côn
g
trình.
- Làm sáng tỏ những đặc điểm làm việc thực tế của toàn công trình nói chung cuãng như
các bộ phận riêng lẻ của cầu.
- Trong thiết kế cầu thường phải dùng những sơ đồ tính toán đơn giản hoá và những tính
chất vật liệu đại diện. Do đó sự làm việc thực tế của kết cấu cầu sẽ khác với giả thiết tính
toán.
- Kết quả thử tải cầu còn được dùng để nghiên cứu nhằm hoàn thiện phương pháp tính toán
và phương pháp đánh giá năng lực chịu tải của cầu.
- Thử tải cầu còn giúp chúng ta hiểu rõ ảnh hưởng của những thay đổi đến sự làm việc thực
tể của cầu.
2. Nội dung công tác kiểm định cầu
- Đo đạc lại thật chi tiết các kích thước hình học của các ohân tố kết cấu và các bộ
p
hận công trình.
- Khảo sát kỹ lưỡng tình trạng của các bộ phận công trình. Đặc biệt lưư ý và xác định
mức độ của các hư hỏng, khuyết tật có anhr hưởng tới khả năng chịu lực. Trong trường hợp
cần thiết cáo thể lấy mẫu vật liệu để thí nghiệm các đặc trưng cơ lý cũng như phân tích thành
p
hần hoá học.
- Tính toán xác định lại khả năng chịu lực của bộ phận công trình, phân tố kết cấu
và tổng thể công trình. Khả năng chịu lực này phải tương ứng với hiện trạng thực tế (phải xem
x
ét đầy đủ sự ảnh hưởng và tác động của môi trường, thời gian và các nhân tố khác trong quá
trình khai thác).
- Thử tải trong công trình để có những số liệu cụ thể về một số thông số kỹ thuật, nói
lên sự làm việc thực tế và khả năng chịu tải của công trình.
N
ội của thử tải là đo các thông số sau:
* Tĩnh tải:
- Đo độ võng, độ vồng của dầm, dàn, vòm .
- Đo độ lún của : mố, trụ, gối
- Đo chuyển vị ngang của: mố, trụ, gối
- Đo ứng suất lớn nhất ở các mặt cắt cần kiểm tra.
- Đo biến dạng đàn hồi, biến dạng dư
* Hoạt tải:
- Đo độ võng, độ vồng của dầm, dàn, vòm .
- Đo độ lún của : mố, trụ, gối
- Đo chuyển vị ngang của: mố, trụ, gối
- Đo ứng suất lớn nhất ở các mặt cắt cần kiểm tra.
- Đo biến dạng đàn hồi, biến dạng dư
- Đo biên độ và
t
ần
g
số
g
iao độn
g
t
ự do theo phươn
thẳn
g
đứn
g
- Đo biên độ và tầng số giao động tự do theo phương ngang (đặc biệ
t
đối với cầu cong, cầu đường sắt)
Các trường hợp cần tiến hành thử tải:
- Khi nghiệm thu cầu mới xây dựng
- Khi có nhu cầu phải chính xác hoá kết quả tính toán năng lực chịu tải
của một cầu nào đó.
- Khi kết thúc việc tăng cường sửa chữa cầu cũ. Mục đích để đánh giá
hiệu quả của việc tăng cường sửa chữa của việc vừa tăng cường.
- Thực hiện thử tải định kỳ trong quá trình khai thác cầu nhằm phát
hiẹn các thay đổi trong sự làm việc của các bộ phận kết cấu cầu.
- Trong những tình huống đặc biệt nhằm mục đích nghiên cứu để hoàn
thiện lý thuyết và phương pháp tính toán kết cấu cầu.
Công tác kiểm định được tiến hành chủ yếu ngay tại hiện trường. Vì vậy công việc
kiểm định phải được thực hiện theo một kế hoạch và đề cương rất chi tiết và sát sao để hạn
chế mức độ phong toả giao thông trên cầu, đảm bảo an toàn cho con người, máy móc thiết bị
và cả công trình.
Kết quả kiểm định phải được đưa vào hồ sơ kỹ thuật của công trình. Các bản vẽ có
kích thước thực tế. Các vị trí và mức độ hư hỏng, khuyết tật và thuyết minh báo cáo về thí
nghiệm mẫu và thử tải trọng bao gồm: ứng suất, biến dạng, độ võng, tần số dao động, đặc
trưng cơ lý, thành phần hoá học...
Những nhận xét đánh giá và kết luận về tình trạng và khả năng chịu tải của các phân
tố kết cấu, bộ phận công trình nói riêng và tổng thể cả công trình nói chung.
II. Công tác gia cố cầu:
2.1 Gia cố cầu thép
2.1.1 Gia cố hệ dầm mặt cầu (cầu thép)
Thường tăng cường mặt cầu bị giảm yếu của các dầm dọc bằng cách:
+ Đặt thêm các bản ngang liên kết với thép góc của cánh dưới.
+ Liên bằng bulông cường độ cao
+ Hoặc liên kết bằng đinh tán
Trong dầm dọc không có bản cánh trên:
+ Cần phải bổ sung bản cánh trên nhằm cải thiện điều kiện làm việc của tà vẹt hoặc bản
bêtông mặt cầu.
+ Nếu tỷ lệ giữa chiều thò ra của thép góc cánh trên với bề dày của chúng lớn
hơn 8 lần thì việc đặt thêm bản thép cánh trên là bắt buộc thậm chí đối với trường hợp kết cấu
đủ khả năng chịu tải vì trong trường hợp này dễ phát sinh các khe nứt và biến dạng cục bộ
1. Biên dầm ; 2 Bản thép n
g
an
g
Vách (sườn
d
ầm
)
Biên dầm(hay
cánh dầm)
Việc gia cường các loại dầm dọc với biên trên chỉ có hai thép góc thò ra được tiến hành theo
trình tự như sau:(Hình 43a)
+ Khoan các lỗ trên cánh nằm ngang của thép góc.
+ Làm vệ sinh bề mặt và đặt tấm thép tăng cường (có lỗ khoan sẵn trùng với lỗ khoan
trên thép góc)
+ Tán đinh hoặc xiết chặt bulông cường độ caotheo thứ tự từ giữa đến đầu dầm bằng clê
chuyên dụng có đồng hồ đo lực.
Trường hợp biên dầm có bản thép ngang, việc gia công sẽ phức tạp hơn (Hình43b )
Cách làm:
+ Tiến hành chặt mũ đinh ở một phía sao cho các đinh vẫn được giữ nguyên
trong lỗ.
+ Làm sạch bề mặt, đặt bản thép tăng cường ở một nửa cánh (nằm về một phía
của sườn dầm).
+ Đột bỏ các đinh tán cũ với số lượng khoảng 50% tổng số đinh để thay vào đó
bằng những bulông thô.
+ Tiếp tục thay thế 50% dinh tán còn lại
+ Tiếp tục thay thế 50% đinh tán còn lại
+ Thay thế theo trình tự các bulông bằng cac đinh tán hoặc bulông cường độ cao.
Công việc gia cố một nửa cánh còn lại của dầm dọc (hoặc dầm ngang) được tiến
hành tương tự như đã nêu ở trên.
Nếu do điều kiện thông xe liên tục mà không thể táp thêm bản cánh trên của dầm thì
có thể táp thêm 2 thép góc tăng cường đặt ở phía dưới thép góc bản cánh, liên kết trực tiếp
vào sườn dầm. Phương pháp này thuận tiện cho thi công, nhưng vật liệu bố trí gần trục trun
g
hoà nên hiệu quả thấp.
Phương pháp hiệu quả để gia cố các dầm dọc có chiều cao thấp là tạo ứng suất trước
ở mức biên dưới (đáy dầm)
Nói chung tăng cường dầm thì phải tăng cường liên kết: dầm dọc với dầm ngang và
dầm ngang với dàn chủ.
Giải pháp:
+ Thay thế các đinh tán ở thép góc liên kết bằng các đinh tán có đường kính
lớn hơn hoặc bulông cường độ cao.
+ Tìm cách tăng cường số lượng đinh tán hoặc bulông liên kết.
+ Tìm cách đặt thêm bản nối phụ ở cánh thép góc, làm tăng số mặt tiếp xúc của
liên kết (số mặt cắt)- Hình 44a
+ Giữa bản mới và sườn dầm phải đặt các bản đệm.
K
hi khôn
g
muốn làm bản đệm mới thì có thể hàn vào nhánh sắt góc (Hình 44b)
+ Hàn thêm bản nối vào cánh thép góc liên kết (lưu ý khi hàn không được để đường hàn
ăn vào sườn dầm).
+ Khoan lỗ
b
ắt các liên
k
ết bằn
g
bulôn
g
cườn
g
độ cao.
)
Phương pháp gia cố này có độ tin cậy thấp và khu vực đường hàn dễ phát sinh nhiều vế
t
nứt. (Hình 44b)
Hình 44: (a)Gia cố liên kết dầm dọc với dầm ngang bằng bản thép phủ;
(b) Hoặc bản thép nối hàn
1. Bản nối 2. Bản đệm 3. Đường hàn
Ký hiệu: + Đinh tán cũ;
Đinh tán hoặc bulông cường độ cao mới
Các đinh tán hoặc bulông cường độ cao mới, lỗ cũ.
Để tăng cường liên kết dầm dọc với dầm ngang trong các cầu cũ không có bản táp “con
cá” được tiến hành như sau:
+ Khoét hai lỗ ở hai phía dưới với đường kính đủ cần thiết để luồn qua đó
những thanh thép chịu hàn, kích thước theo tính toán.
+ Ở hai đầu thanh dùng đường hàn liên kết vào bản thép, bản thép này được
liên kết với cánh dầm dọc bằng bulông cường độ cao.
Hình 45:Gia cố liên kết dầm dọc với dầm ngang
1. Bản cá 2. Bản đậy 3. Đường hàn
Trong trường hợp khi chiều cao dầm dọc nhỏ hơn nhiều so với chiều cao của dầm
ngang cần phải:( tạo nên ứng lực lớn tác dụng vào bụng dầm ngang)
+ Gia cường bằng các bản thép hoặc thép góc nằm ngang.
+ Hoặc có thể dùng các thanh căng để gia tăng một cách đáng kể khả năng chịu tải của
dầm ngang.
+ Trong cả 2 các trường hợp này việc tạo dự ứng lực sẽ làm tăng hiệu quả của
côn
g
tác
g
ia c
ố
2.1.2 Gia cố
k
ết cấu nhịp dầm đặc
Khi có yêu cầu gia tăng không lớn khả năng chịu tải của của các nhịp dầm đặc, có thể
áp dụng các biện pháp như gia cố dầm dọc (táp thêm các bản thép hoặc thép góc vào biên
dầm).
Trong quá trình gia cố phải dùng các biện pháp điều chỉnh nội lực như:
+ Dỡ bớt tải do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp.
+ Tạo ra các trạng thái nội lực ngược với nội lực do tải trọng khai thác
bằng cách dùng các thanh căng trước hoặc dùng trụ tạm…
Trong trường hợp cần thiết để tăng khả năng chịu tải của kết cấu nhịp, người ta tạo ra
hệ thanh căng đơn giản hoặc ứng suất trước.
Biện pháp này đơn giản hơn so với các biện pháp khác vì không yêu cầu phải ngừng xe khi
gia cố (Hình46)
Hình 46: Gia cố dầm bằng thanh căng
a) Sơ đồ gia cố b) Cấu tạo nút
Khi tạo các thanh căng có thể dùng các loại thép tròn cường độ cao hoặc thép hình. Đối
với thanh dự ứng lực ở biên dưới cũng có thể dùng các bó thép cường độ cao được bảo vệ
chống rỉ. Việc tạo ứng suất trước bằng các kích kéo thép hoặc hệ tăng đơ (vít ngược chiều)…
Đối với các dầm có đường xe chạy ở trên có thể tăng một cách đáng kể khả năng chịu
lực bằng cách liên kết bản bêtông cốt thép với biên trên tạo thành kết cấu thép- bêtông liên
hợp.
Đối với cầu đường sắt có thể dùng bản bêtông cốt thép có ray đặt trực tiếp, bản
bêtông cốt thép có thể lắp ghép hoặc đổ liền khối.
Để đảm bảo sự làm việc giữa bản bêtông cốt thép và dầm thép có thể cấu tạo các neo