Giáo trình Kiểm định và khai thác cầu: Phần 2 - ĐH Lạc Hồng

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

146
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của Giáo trình "Kiểm định và khai thác cầu" trình bày các máy đo dao động kiểu dùng điện, đánh giá năng lực chịu tải của cầu đã qua khai thác, sửa chữa và tăng cường cầu và một số nội dung khác. Đây là tài liệu học tập, tham khảo dành cho sinh viên và giảng viên ngành Xây dựng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kiểm định và khai thác cầu: Phần 2 - ĐH Lạc Hồng

2.5.3. CÁC MÁY ĐO DAO ĐỘNG KIỂU DÙNG ĐIỆN Thực chất, đó là tổ hợp của bộ cảm biến (đát-tríc) với các thiết bị đo điện. Các bộ cảm biến có khả năng biến đổi các chuyển vị tƣơng đối giữa các bộ phận kết cấu hoặc các sự thay đổi theo thời gian của ứng suất, của tốc độ gia tốc chuyển vị tại các điểm riêng lẻ của kết cấu thành các đại lƣợng điện và truyền về máy đo điện. Trên hình 2-25 a, b là sơ đồ đo dao động thẳng đứng của kết cấu nhịp nhờ dùng bộ cảm biến kiểu một dầm công xon ngắn có dán các đát-tric điện trở. Trên hình 2-25 c, d là sơ đồ đo dùng bộ cảm biến kiểu vòng thép. Những biến đổi của dòng điện lúc đo đạc trong phần đƣờng chéo của cầu đo điện trở đƣợc ghi lại bằng máy oxy clograph lên phim ảnh. Khi sử dụng các dây căng nhƣ hình vẽ cần phải xét ảnh hƣởng của biến dạng do nhiệt độ, còn trong trƣờng hợp đo các chuyển vị lớn thì phải xét cả đến các biến dạng có liên quan đến sự thay đổi độ căng dây trong quá trình đo vì dầm dao động lên xuống. Ngƣời ta cũng có thể dùng các bộ cảm kiểu điện cảm để đo dao động a) b) c) d) R4 R3 T1 T2   1 1 R1 R2 T1 T4 T3 T4 T2 T3 2 T1 T1 5 T2 3 T2 3 4 4 Hình 2-25. Các sơ đồ dao động có dùng các bộ cảm biến điện trở. a, b-Khi dùng dầm công xon ngắn có dán lá điện trở; c, d-Khi dùng vòng thép có gắn lá điện trở. 1-Dây nối xuống đất; 2-Dầm công xon ngắn; 3-Lò so; 4-Cọc neo; 5-Cọc giữa dầm công xon; T1, T2, T3, T4-Các ten-xơ-mét kiểu lá điện trở. -Bộ ghi dao động (oxyclograph). 2.6. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ LÝ VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU. Khi tính toán đánh giá khả năng chịu tải và trạng thái kĩ thuật của cầu cống cũ rất cần có các trị số đặc trƣng cơ lí của vật liệu trong kết cấu thực. Việc xác định các trị số này nói chung là khó đạt độ chính xác cao. Thông thƣờng trƣớc tiên cần tham khảo hồ sơ thiết kế hay hồ sơ hoàn công cũ 67
để biết các đặc trƣng ban đầu của vật liệu. Tuy nhiên ở Việt Nam các hồ sơ này thƣờng không đủ hoặc không có. Các thí nghiệm vật liệu phải đƣợc kết hợp thực hiện ở cả trong phòng thí nghiệm và cả ở trên kết cấu thực. Các thí nghiệm trong phòng cho kết quả chính xác cao hơn nhƣng lại phụ thuộc việc lấy mẫu thử từ kết cấu có làm đƣợc hay không. Số mẫu lấy ra cũng bị hạn chế. Các thí nghiệm ngay trên kết cấu thực sẽ cho các thí nghiệm trong phòng, có thể thực hiện nhanh chóng hơn, nhiều số liệu thu đƣợc hơn nhƣng có thể là kém chính xác hơn. Đa số các thí nghiệm trong phòng thuộc loại thí nghiệm có phá hủy mẫu thử, đa số các thí nghiệm trên kết cấu thực thuộc loại thí nghiệm không phá huỷ mẫu và dùng các cách đo gián tiếp. 2.6.1. KIM LOẠI Trƣớc khi thí nghiệm cần xác định rõ loại vật liệu bằng kim loại, ví dụ đó là gang, sắt mềm (đối với các cầu thép cũ do Pháp để lại), thép thƣờng, thép hợp kim thấp v.v… Các thí nghiệm kim tƣơng sẽ trả lời chính xác vấn đề phân loại vật liệu kim loại. Khi lấy mẫu kim loại từ kết cấu cầu cũ phải có biện pháp hợp lí sao cho không làm suy yếu quá nhiều đến sức chịu lực của kết cấu. Tại chỗ đã cắt khoét lấy mẫu ra phải đặt các bản thép bù và liên kết bằng hàn hoặc liên kết bulông cƣờng độ cao ngay. Miếng mẫu kim loại đã lấy ra phải đƣợc gia công sao cho mẫu thí nghiệm có các đƣờng biên lùi vào ít nhất 10mm so với mép vết cắt bằng nửa lúc lấy mẫu. Mẫu thử kim loại phải đƣợcgia công theo đúng các “Tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu” do Bộ GTVT và Bộ Xây dựng ban hành. Nói chung mẫu để thí nghiệm về giới hạn bền (cƣờng độ phá hủy tức thời) giới hạn chảy, độ dãn dài tƣơng đối hay độ co ngắn tƣơng đối của kim loại thép có dạng nhƣ hình 2- 26a, mẫu để xác định độ dai va chạm đƣợc cắt lõm nhƣ hình 2-26b. a) b) c) d) R4 R3 T1 T2   1 1 R1 R2 T1 T4 T3 T4 T2 T3 2 T1 T1 5 T2 3 T2 3 4 4 Hình 2-26. Ví dụ loại mẫu thử để xác định các đặc trƣng cơ học của thép. a) Mẫu thường; b) Mẫu thử độ dai va đập. Mỗi loại thí nghiệm phải có ít nhất ba mẫu giống nhau các mẫu thử có thể đƣợc phân tích hoá học và phân tích phổ nếu thấy cần thiết. 68
Do đặc điểm của công nghệ cán thép, đặc trƣng cơ lí của kim loại cán theo hƣớng dọc chiều cán và theo hƣớng ngang chiều cán sẽ không giống nhau. Vì vậy lúc lấy mẫu phải đánh dấu rõ hƣớng tác động chủ yếu của lực trên mẫu đó nhƣ lúc nó ở trong kết cấu thực. Để thí nghiệm nhanh chóng đối với thép ở trên kết cấu thực ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp đập bi tạo vết lõm trên bề mặt thép. Phƣơng pháp này cho biết độ cứng của kim loại để từ đó suy ra giới hạn cƣờng độ của nó với độ tin cậy chấp nhận đƣợc. Tuy nhiên nếu muốn suy diễn ra trị số giới hạn chảy thì không đủ tin cậy. Sai số xác định giới hạn cƣờng độ dựa vào thí nghiệm xác định độ cứng bề mặt thép vào khoảng 7%, còn nếu suy diễn từ giới hạn cƣờng độ đó ra giới hạn chảy thì sai số lớn đến 30%. Việc thí nghiệm độ cứng có thể làm theo thí nghiệm Brinell hoặc thí nghiệm Rockwell. Thí nghiệm Brinell: Tạo một tải trọng 3000kg cho vật liệu cứng và 1500kg hay 500kg cho các mặt cắt mỏng hay vật liệu mềm, tác dụng thông qua một viên bi cứng có đƣờng kính 10mm để gây ra vết lõm trên bề mặt vật liệu. Đƣờng kính trung bình của vết lõm là cơ sở để tính ra độ cứng Brenell (HB) theo công thức: HB = P/[(-D/2)(D- D 2  d 2 ) (2-16) Trong đó: HB - Số đo cứng Brinell. P - Tải trọng tác dụng (kg). D - Đƣờng kính viên bi thép. d - Đƣờng kính trung bình của vết ấn, (mm). Tiêu chuẩn AASHTO T244-90 và ASTM A 370-88 của Mỹ cho sẵn các bảng tra đã đƣợc tính sẵn theo công thức trên. Ngƣời ta đã chế tạo máy đo độ cứng Brinell xách tay để làm thí nghiệm dễ dàng tại vị trí cầu. Thí nghiệm Rockwell: Trong thí nghiệm này, trị số độ cứng đƣợc đọc trực tiếp từ máy đo. Độ cứng đƣợc xác định căn cứ vào chiều sâu vết ấn của đầu nhọn kim cƣơng hoặc của viên bi thép vào vật liệu. Trƣớc tiên gia tải bằng tải trọng phụ 10kg để tạo vết ấn ban đầu và đƣa đầu ấn lên rồi giữ nó đúng vị trí trên mặt vật liệu. Tải trọng chính phụ thuộc vào thang đo đƣợc sử dụng và đƣợc gia tải dần sẽ làm tăng dần độ sâu vết ấn. Sau đó bỏ tải trọng chính nhƣng vẫn duy trì tải trọng phụ, trên máy đo sẽ cho biết trị số độ cứng Rockwell. Dựa vào trị số độ cứng bề mặt, có thể theo công thức thực nghiệm suy ra hàm lƣợng Các bon trong kim loại một cách gần đúng theo dãy số so sánh sau: -Hàm lƣợng C,% 0.05 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 -Độ cứng kim loại, MPa 1100 1200 1350 1560 1650 1800 69
2.6.2. BÊTÔNG Nói chung độ chính xác của việc thí nghiệm cƣờng độ bêtông trên kết cấu cũ thƣờng không cao do bêtông không đồng nhất và suy thoái theo thời gian một cách không đồng đều. Ngoài ra còn có ảnh hƣởng của vết nứt, độ ẩm ƣớt, cốt thép trong bêtông v.v… Để thí nghiệm trong phòng phải khoan lấy mẫu bêtông rồi gia công thành hình trụ tròn đƣờng kính 70-150mm từ kết cấu cầu thực. Nhƣ vậy lỗ khoan trên kết cấu khá lớn và nếu cầu đang khai thác thì thƣờng không đƣợc phép khoan trên dầm. Chỉ có thể lấy mẫu từ các khối xây to lớn của mố trụ. Do vậy ngƣời ta thƣờng dùng các phƣơng pháp không phá huỷ mẫu để đo cƣờng độ bêtông ngay trên kết cấu thực. Hai phƣơng pháp đƣợc dùng phổ biến nhất hiện nay là phƣơng pháp siêu âm và phƣơng pháp dùng súng bật nẩy kiểu Schmid. Bộ Xây dựng đã ban hành tiêu chuẩn sử dụng kết hợp hai loại thiết bị đo này. Ngoài ra trong một số trƣờng hợp đặc biệt, có thể dùng phƣơng pháp tia Gamma (ví dụ đã áp dụng đo cƣờng độ bêtông trong cọc khoan nhồi sâu 40m dƣới lòng sông ở cầu Việt Trì 1993). 2.6.2.1 - Súng bật nẩy kiểu Schmidt (hình 2-27a). 4 5 6 7 1 2 3 8 9 10 11 Hình 2-27a. Súng bật nẩy kiểu Schmidt. 1-Bề mặt kết cấu bêtông; 2-Thanh va đập; 3-Nắp bịt đầu; 4-Lò so va đập; 5-Cửa sổ nhìn thang đo vạch; 6-Con chạy chỉ thị; 7-Thanh dẫn hướng; 8-Vòng đệm dẫn hướng; 9-Lò so nén; 10-Nắp vỏ thân súng; 11-Núm bấm giữ khi súng không hoạt động; 12-Vỏ thân súng; 13-Quả búa; 14-Đá mài; 15-Hộp đựng súng; 16-Dạng chung của súng. Nguyên lí hoạt động của thiết bị này nhƣ sau: Khi dùng sức tay ấn cho thân súng tiến dần đến bề mặt bê tông thì thanh 2 tụt sâu vào thân súng 11 cho đến lúc chạm vào quả búa13. Do cú va đập này quả búa 3 chuyển động về phía sau làm di chuyển con chạy 6 trên thang đo vạch. Vị trí con chạy 6 chỉ rõ số bật nẩy khi đo. Căn cứ số bậc này có thể tra đồ thị hay bảng mà hãng sản xuât Schmid đã bán kèm súng để suy ra cƣờng độ bề mặt nhỏ để lấy trị số bật nẩy trung bình. Trong các tài liệu kèm theo súng có các bảng tra cụ thể ứng với các góc bắn khác nhau, ví dụ: 45, 90, - 45, v.v… Các súng do Trung Quốc sản xuất còn xét đến hiệu chỉnh theo mức độ các bô nát hóa bề mặt bê tông để gián tiếp xét đến tuổi bê tông cũ. Các súng do hãng Schmid bán ở Việt Nam chỉ đo cƣờng độ bê tông có tuổi cao nhất là 56 ngày. Tác giả Nga OCU OB khuyên đối với bê tông cũ phải cạo bỏ lớp bề mặt đi sâu 10mm rồi mới dùng súng bật nẩy để thử cƣờng độ bê tông. Điều này khó đƣợc áp dụng ở Việt Nam. 70
Hình 2-27b. Thử cƣờng độ BT đáy bản dầm liên hợp cầu Văn-điển bằng súng Schmidt 2.6.2.2 - Phƣơng pháp siêu âm. Để xác định cƣờng độ bê tông trong kết cấu có thể dùng máy siêu âm tạo ra sóng siêu âm và đo tốc độ truyền sóng. Từ tốc độ này suy ra cƣờng độ bê tông R. Sóng siêu âm đƣợc lan truyền theo hƣớng dọc và theo hƣớng ngang. Tốc độ truyền sóng là hàm số phụ thuộc vào độ đàn hồi, mật độ và dạng hình học theo hƣớng dọc và theo hƣớng ngang của kết cấu. Lúc thí nghiệm bê tông bằng siêu âm phải xét đƣợc mọi yếu tố ảnh hƣởng đến độ truyền sóng và quan hệ giữa nó với cƣờng độ bê tông R (đặc tính của cốt liệu, hàm lƣợng cốt liệu trong bê tông, công nghệ chế tạo bê tông nhiệt độ, sự bố trí cốt thép v.v…). Muốn vậy phải lập ra các đồ thị chuẩn thể hiện quan hệ giữa tốc độ truyền sóng siêu âm và cƣờng độ phá huỷ nén mẫu thử bê tông trong phòng thí nghiệm. Sau đó sử dụng đồ thị này để suy diễn các kết quả đo ở ngoài hiện trƣờng. Nhƣ vậy độ chính xác đo đạc phụ thuộc độ chính xác của việc lập đồ thị chuẩn, mẫu thử bê tông của cầu sẽ tính theo công thức: 4 v  Rc  Rcl  c v    cl  Trong đó: Rcl : - Cƣờng độ bêtông của mẫu thử nén vỡ, mẫu này đƣợc lấy ra từ kết cấu thực. v c và v cl : -Tốc độ truyền sóng siêu âm trong bêtôngcủa kết cấu thực và trong mẫu thử nén vỡ. Ngƣời ta còn đƣa ra thêm các hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm để xét đến các ảnh hƣởng khác. Nói chung sai số của phƣơng pháp siêu âm đo cƣờng độ bêtông vào cỡ 10%. Có rất nhiều loại máy siêu âm khác nhau do các hãng nƣớc ngoài sản xuất đang đƣợc dùng ở Việt Nam. Nguyên lý chung của chúng đƣợc vẽ trên hình 2-28. Các xung điện đƣợc phát ra từ máy phát cao tần kích động 1, truyền định kỳ lên đầu dò phát 10 để truyền vào bề mặt kết cấu bê tông hay bê tông cốt thép. Đồng thời một tín hiệu điện tử đƣợc đƣa vào khối quét chờ 3 rồi gửi đến ống tia điện tử. Khi sóng siêu âm từ đầu dò phát 10 đi qua bê tông đến đầu dò thu 9, nó tạo ra tín hiệu điện biến đổi để gửi đến bộ khuyếch đại 7, sau đó tín hiệu đi đến ống 71
tia điện tử làm lệch tia điện tử theo hƣớng thẳng đứng. Thời điểm phát sóng siêu âm ở đầu phát 10 và thời điểm nhận đỉnh nhọn trên đƣờng biểu diễn trên màn ảnh của ống tia điện tử 5. Khoảng cách giữa các đỉnh nhọn theo một tỷ lệ xích đã quy định sẵn sẽ tƣơng ứng với khoảng thời gian t mà xung đi qua vật thể bê tông. Nhờ khối 4 mà trên màn ảnh có thấy thang chia khoảng thời gian 6, theo đó ta biết đƣợc thời gian t. Căn cứ trị số t và độ dầy vật thể bê tông chúng ta xác định đƣợc tốc độ truyền sóng siêu âm v = 1/t. Từ đó suy ra cƣờng độ bê tông dựa vào đồ thị chuẩn của máy. Nói chung các máy siêu âm hiện đại còn có nhiều bộ phận khác để dễ đo, dễ mang đi công trƣờng và tăng độ chính xác. Có thể đo các kết cấu dày từ 0.1m đến 12m. Hình 2-28. Sơ đồ khối của máy siêu âm đo cƣờng độ bê tông. 4 5 1-Bộ phát xung tần số cao; 2- Bộ 2 3 phát chính; 3- Khối quét chờ; 4- Khối đo thời gian; 1 6 5- Bộ hiện sóng; 6- Thang chia; 7 7- Bộ khuyếch đại; 8- Cấu kiện l BTCT cần đo 8 cường độ; 9- Đầu dò thu; 10- Đầu dò phát 10 9 2.7- PHÁT HIỆN CÁC KHUYẾT TẬT VÀ HƢ HỎNG ẨN GIẤU Trong kết cấu cũ thƣờng có những khuyết tật ẩn giấu mà không nhận biết đƣợc nhƣ các vết nứt, vết rỗ vết rỗng xốp bên trong bê tông, trong mối hàn. Các loại máy dò khuyết tật ẩn giấu đƣợc phát triển ngày càng hiện đại nhƣng đều dựa trên các nguyên lý chung của các phƣơng pháp âm thanh, phƣơng pháp từ trƣờng, phƣơng pháp phóng xạ và tia Rơn-ghel. 2.7.1- PHƢƠNG PHÁP ÂM THANH Phƣơng pháp này sử dụng sóng đàn hồi ở dải tần rộng. Tuỳ theo tần số dao động đàn hồi có thể phân loại: - Sóng hạ âm (tần số 20Hz) - Sóng âm thánh nghe đƣợc (tần số 20 Hz đến 20 kHz) - Sóng siêu âm (tấn số từ 20 kHz trở lên) Nhƣng chỉ có sóng âm thanh và siêu âm là dúng đƣợc trong công tác chuẩn đoán bên trong. Các sóng đàn hồi ở dải tần siêu âm có thể đƣợc phát ra liên tục hoặc ngắt quảng từng sung. Siêu âm có thể áp dụng cho kiểm tra không phát huy mẫu đối với các bộ phận kết cấu làm bằng bất cứ loại vật liệu nào. Để phát hiện khuyết tật ẩn giấu phải căn cứ vào sự phản xạ và khuyết tán của các sóng siêu âm khi gặp sự bất thƣờng trên con đƣờng mà sóng đi qua (ví dụ đó là các lỗ rỗng, các vết nứt ngầm, các chỗ bị phân lớp v.v...) hoặc khi đi qua môi trƣờng không đồng chất. 72
Tần số siêu âm thông dụng trong chẩn đoán là từ 0,5 đến 255 MHz. Có thể đo sóng xuyên hoặ sóng phản xạ từ bề mặt. Trên hình 2-29 giới thiệu sơ đồ khồi của máy dò khuyế tật đơn giản hoạt động theo nguyên lý tiếng vọng âm. 2 1 3 5 4 a 7 6 D b Hình 2-29. Sơ đồ khối của máy đo khuyết tật a- Bề mặt truyền sóng âm; b- Bề mặt đối diện; D- Khuyết tật; I- Biểu diễn khuyết tật trên màn hình; 1- Bộ đồng bọ dao động; 2- Bộ phát xung; 3- Bộ phát quét; 4- Đầu dò vừa thu vừa phát; 5- Máy thu; 6- Bộ chỉ thị màn hình; 7- Kết cấu bê tông Để kích động những dao động đàn hồi có thể dùng các bộ cảm biến kiểu áp điện hoặc kiểu từ điện. Muốn cho sóng siêu âm từ đầu dò đến bề mặt kết cấu một cách thuận lợi cần phải bôi mỡ công nghiệp lên chỗ tiếp xúc. Các khuyết tật ẩn giấu bên trong kết cấu thép và kết cấu BTCT thƣờng đƣợc phát hiện bằng phƣơng pháp âm vọng hoặc phƣơng pháp xung. Trên hình 2-29 giới thiệu sơ đồ của một thiết bị âm vọng đơn giản. Nếu trên đƣờng đi qua của tín hiệu siêu âm gặp một khuyết tật nhƣ lỗ rỗng chẳng hạn thì sức cản âm đó sẽ khác với sức cản bình thƣờng của vật liệu kết cấu này, gây ra các đỉnh nhọn trên màn hình hiện sóng. Sau khi đó đƣợc thời gian, tốc độ và hƣớng đi của sóng siêu âm chúng ta có thể suy đoán vị trí và độ lớn của lỗ rỗng ẩn giấu. Căn cứ vào sự biến đổi đột ngột của tốc độ truyền sóng siêu âm trong các phần khác nhau của kết cấu chúng ta có thể suy đoán đƣợc về mặt độ bê tông, các vết nứt v.v... Các khuyết tật và hƣ hỏng trong mối hàn có thể phát hiện bằng máy siêu âm bằng các đầu dò hình lăng trụ đặt sao cho phát ra các sóng nghiêng 30 o - 60o (hình 2-30). Dùng tay đƣa đầu dò và trên mối hàn theo một quỹ đạo hiện sóng nhƣ hình vẽ thể hiện. Khi đến chỗ có khuyết tật thì trên màn hình sẽ hiện lên xung nhô cao, đồng thời máy phát ra tín hiệu ánh sáng và cói báo động. Để xác định đƣờng biên bao quanh khuyết tật phải dùng tay đƣa đầu dò rà quét theo các hƣớng khác nhau từ vị trí mà tƣơng ứng với đỉnh nhọn trông thấy trên màn hình cho đến lúc nào mà biên độ A của xung trên màn hình giảm xuống còn một nửa so với lúc đầu. Vị trí lúc đó của đầu dò sẽ tƣơng ứng với một điểm trên biên bao quanh khuyết tật. 73
Phƣơng pháp xung siêu âm cũng có thể dùng rất tiện lợi để theo dõi lâu dài sự biến động của cấu trúc và cƣờng độ bê tông. l2 l1 A/2 h1  h2 A LTP 3 l'1 A/2 l'2 1 2 Hình 2-30. Sơ đồ xác định hƣ hỏng trong mối hàn 1- Đầu dò; 2- Quỹ đạo rà quét của đầu dò; 3- Đậc tính xung hiện trên màn hình ứng với các vị trí đã vẽ của đầu dò. Phƣơng pháp phát xạ âm thanh đƣợc dùng để phát hiện các khuyết tật và hƣ hỏng ẩn giấu để thu lƣợm thông tin về các quá trình diễn ra bên trong vật liệu v.v... Phƣơng pháp này dựa trên sự ghi nhận các sóng âm thanh xuất hiện trong vật thể cứng khi biến dạng dẻo và có các nứt. Thực chất của phƣơng pháp nhƣ sau. Trên bề mặt kết cấu đặt một vài đầu dò có khả năng nhạy cảm đối với các biến dạng trƣợt hoặc các sóng bề mặt, hoạt động ở tần số 1 - 3 MHz. Trong quá trình chịu lực sẽ xuất hiện các biến dạng lớn trong kết cấu và vết nứt. Điều này thể hiện qua sự phản xạ của sóng ứng suất có đặc tính xung. Sóng này đƣợc đi, đầu dò thu nhận và từ đó ta có thể đoán ra đƣợc khuyết tật hay hƣ hỏng. Trên hình 2-31 nêu sơ đồ nguyên lý của máy phản xạ âm thanh. Đầu dò 1 thu sóng phản xạ,, truyền qua bộ khuyếch đại 2 rồi đi vào bộ loạc điện tử 3 để tách tín tần số thấp, sau đó đi đến bộ khuyếch đại 4 rồi rẽ 2 nhánh, một nhánh vào khối điều chỉnh 5, một nhánh vào bộ tách sóng 8. Từ bộ tách sóng 8 tín hiệu đi vào bộ ghi lên băng từ 7. Nguồn cung cấp điện là 6. 2 3 4 Hình 2-31. Sơ đồ khối của thiết bị phản xạ âm thanh 1- Đầu dò; 2- Bộ tiền khuyếch đại; 1 5 3- Bộ lọc điện tử; 4- Bộ khuyếch đại; 5- Khối điều chỉnh; 6- Nguồn điện; 7- Thiết bị ghi băng từ; 8- Bộ tách sóng 6 7 8 74
2.7.2. PHƢƠNG PHÁP TỪ TRƢỜNG Phƣơng pháp này dùng để phát hiện khuyết tật và hƣ hỏng ẩn giấu trong các vật liệu có thể nhiễm từ, xác định độ dày lớp bê tông bảo hộ cho cốt thép, đo độ đầy lớp sơn phủ kết cấu thép v.v... Nguyên lý của phƣơng pháp này dựa vào sự phát triển mức độ biến đổi của dòng từ đị qua vật thể. Các bột sắt hoặc dung dịch bột sắt trộn dung môi (ví dụ dầu hoả) đƣợc bôi lên bề mặt kết cấu. Dƣới tác động của từ trƣờng ở nơi có sắt sẽ phân bố theô một dạng khác thƣờng ở nơi có khuyết tật hay hƣ hỏng ẩn giấu bên dƣới. Một phƣơng pháp khác có hiệu quả hơn là dùng các đầu dò kiểu từ điện có lôi phe rít và dây đồng và dây đồng cuốn quanh. Từ trƣờng đƣợc tạo ra sẽ có dạng chữ U nhƣ hình vẽ 2-32. Khi dùng tay và quét đầu dò trên bề mặt kết cấu, bằng cách đó sức điện động có thể suy đoán và khuyết tật trong kết câu. Sơ đồ thiết bị vẽ trên hình 2-32 để xác định vị trí cốt thép nằm trong bê tông, đo chiều dầy lớp bê tông bảo hộ và đo đƣờng kính cốt thép đó. Bộ cảm biến từ điện 1 đƣợc đƣa rà quét trên bề mặt kết cấu bê tông cốt thép. Trong hộp máy của thiết bị còn có một bộ cảm biến 2 tƣơng tự nhƣng thêm tấm rung nhiễm từ 3, có tác dụng thay đổi độ cản kháng khi ta điều chỉnh cân bằng sơ đồ. Tuỳ theo mức độ xa gần từ bộ cảm biến 1 đến thanh cốt thép năm f sâu trong bê tông mà mức độ dầy lớp bê tông bảo hộ và đƣờng kính cốt thép. Dùng tay đƣa đầu dọc theo cốt thép đến chỗ phát hiện thấy vị trí số đô nhỏ nhất thì đó là điểm giao nhau của hai thanh cốt thép. 3 Hình 2-32. Thiết bị kiểu điện cảm để dò cốt thép và đo chiều dày bê tông bảo hộ 2 4 1-Bộ cảm biến ngoài (đầu dò); 2- 1 Bộ cảm biến trong hộp máy; 3- Bản để điều chỉnh cảm kháng; 4- Đồng hồ đo sức điện động; 5- Thanh cốt thép; 6- Cấu kiện BTCT 5 6 2.7.3- PHƢƠNG PHÁP TIA RƠN GHEN VÀ PHƢƠNG PHÁP TIA GAMA Hai phƣơng pháp này có thể dùng dò khuyết tật cho bất cứ loại vật liệu nào: gỗ, thép, BTCT, polyme v.v... Có thể dùng chúng dò vị trí cốt thép và đƣờng kính của nó trong bê tông. Các tia phóng xạ này đi qua vật và đƣợc chụp bằng phim ảnh. Khả năng xuyên của tia  và tia Rơn ghen tuỳ thuộc mật độ của vật liệu, chiều dày kết cấu v.v... Nếu gặp khuyết tật hƣ hỏng nhƣ lỗ rỗng, vết nứt thì khả năng xuyên qua của tia sẽ mạnh hơn, trên phim ảnh sẽ có các vùng tối đậm khác nhau. Phân tích ảnh chụp sẽ cho ta suy đoán về khuyết tật nhƣ bác sỹ xem phim chụp X quang. Nói chung việc sử dụng các phƣơng pháp này còn hạn chế ở Việt Nam và cần đặc biệt chú ý đảm bảo an toàn phóng xạ. 75
2.8. XỬ LÝ KẾT QUẢ ĐO VÀ PHÂN TÍCH KẾT LUẬN Công việc này đòi hỏi trình độ kiến thức và kinh nghiệm nhiều năm của kỹ sƣ thanhh tra. Thƣờng áp dụng các phƣơng pháp xử lý thống kê số liệu đo đạc. nhƣ đã đƣợc học ở môn học toán thống kê xác suất. Tuy nhiên nếu có ít số liệu thì phƣơng pháp này không áp dụng đƣợc. Nói chung thƣờng cần phân tích các số liệu đo sau: - Số liệu thử cƣờng độ bê tông (bằng các phƣơng pháp khác nhau) - Số liệu đo độ võng các dầm chủ dƣới tác dụng của hoạt tải xếp lệch để suy ra hệ số phân bố ngang hoạt tải. - Số liệu điều tra và đo độ rộng, độ dài các vết nứt bê tông các vết nứt trên kết cấu thép. - Số liệu đo góc xoay ở các mối dầm thép. - Số liệu đo biến dạng và ứng suất. - Số liệu đo dao động để suy ra trị số của hệ số xung kích (1+) và chu kỳ dao động riêng T của kết cấu nhịp. - Số liệu thí nghiệm vật liệu thép và cốt thép (nếu có) Trong phạm vi tài liệu này chỉ giới thiệu một số vấn đề xử lý kết quả chủ yếu. 2.8.1. HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG HOẠT TẢI Căn cứ vào kết quả đo đọ võng giữa nhịp cầu của các dầm chủ (dàn chủ) dƣới tác dụng hoạt tải xếp trên cầu theo một cách nào đó (hoặc chính giữa phần xe chạy, hoặc lệch về thƣợng lƣu, hoặc lệch về hạ lƣu) có thể tính ra hệ số phân bố ngang của từng dầm chủ đó tƣơng ứng cách xếp tải đã thực hiện. Công thức tính toán là: yi Ki = n (2-17) y 1 j Trong đó: Ki - Hệ số phân bố ngang của dầm (dàn) của thứ i yi - Độ võng của dầm thứ i n  yj1 - Tổng độ võng của tất cả các dầm (dàn) chủ n - Số lƣợng dầm (dàn chủ) Khi tính toán lại kết cấu cần phải sử dụng hệ số phân bố ngàn thực tế này chứ không dùng trị số tính toán lý thuyết nữa. 76
2.8.2. XỬ LÝ SỐ LIỆU DO ỨNG BIẾN Căn cứ kết quả đo bằng ten-xơ-mét cơ hay ten-xơ-mét điện, đối với kết cấu thép nhƣ thanh dầm thép có thể suy diễn ra ứng suất hoạt tải theo định luật Hook: ơ = E.  (2-18) Tuy nhiên đối với kết cấu bê tông việc suy diễn này phải thận trọng và chỉ có ý nghĩa tham khảo ở mức độ gần đúng vị trí số mô đuyn đàn hồi thực tế của bê tông cầu cũ nói chung là không xác định đƣợc đúng. Mặt khác ngay cả đối với phần bê tông chịu nén của mặt cắt, việc suy diễn ứng suất hoạt tải theo công thức trên cũng gƣợng ép vì quan hệ tuyến tính giƣa ơ và  đối với bê tông chịu nén chỉ đúng khi ứng suật ơ  0,2 Ru. Trong các cầu thực tế cũ ứng do riêng tĩnh tải cũng đã có thể vƣợt quá trị số 0,2 Ru. Vì vậy khi có thêm hoạt tải nữa thì quan hệ ơ và  càng không đủ căn cứ để coi là tuyến tính nữa. Đối với bê tông vùng chịu kéo, công thức định luật Hook hoàn toàn không thể áp dụng đƣợc. Vì vậy kết quả đo  ở vùng này cần xem xét kỹ có thể cọi đó là phép đo độ rộng vết nứt chứ không phải là đo độ dãn kéo dài tƣơng đối . Để nói về ứng suất trong cốt thép chịu kéo, nhất thiết phải đục bỏ lớp bê tông bảo hộ và gắn ten-xơ- mét cơ học hoặc lá điện trở vào trực tiếp cốt thép nhằm đo trị số  của nó. Từ đó có thể dùng định luật Hook để tính ra ứng suất cốt thép đƣợc. Hiện nay trong công tác đo cầu ở Việt nam còn rất hãn hữu bố trí đo theo trạng thái ứng suất phẳng mà thƣờng chỉ đo theo trạng thái ứng suất đƣờng. Đối với các thanh dàn chịu lực dọc trục cũng nhƣ đối với các bản cánh dầm, đo nhƣ vậy là tạm đủ nhƣng đối với phần bản bụng dầm, bản nút dàn và những trƣờng hợp mà trạng thái ứng suất phẳng thể hiện rõ thì phải bố trí các xen tơ mét cơ học hoặc lá điện trở theo các hƣớng khác nhau để từ kết đo suy ra trị số và hƣớng của các ứng suất chính. Xét ví dụ một mặt cắt ngang cấu kiện nhƣ hình 2-28 đã đặt các ten-xơ-mét để đo biến dạng thớ tại các điểm 1, 2, 3, 4 là 1, 2, 3, 4. Theo định luật Hook suy ra cá trị số ứng suất ơ1, ơ2, ơ3, ơ4. Căn cứ các đặc trƣng hình học mặt cắt (F, Ix, Iy, x1, x2, x3, x4, y1, y2) và biểu đồ ứng suất nhƣ hình vẽ. Ta lập đƣợc phƣơng trình: N Mx. y1 My.x1 1E = ơ1 = + - (2-19) F Ix Iy N Mx. y1 My.x 2 2E = ơ2 = + - (2-20) F Ix Iy N Mx. y 2 My.x3 3E = ơ3 = + - (2-21) F Ix Iy N Mx. y 2 Myx4 4E = ơ4 = + - (2-22) F Ix Iy Khi giải hệ này ta tìm đƣợc các nội lực N, Mx, My. Ở đây có 4 phƣơng trình mà chỉ có 3 ẩn số nên chúng ta có khả năng kiểm tra độ chính xác của phép đo đã thực hiện. Muốn vậy chỉ cần xác định một nội lực nào đó bằng cách giải các nhóm phƣơng trình khác nhau. Ví dụ giải hệ 3 phƣơng trình 77
1,2,3 thì tìm đƣợc N1, Mx1, Mx2 còn khi giải hệ 3 phƣơng trình 2, 3, 4 lại đƣợc N2, Mx2, My2. Chênh lệch giữa các trị số N1 với N2, Mx1 với Mx2, My1 với My2 sẽ suy đoán về sai số đo đạc và ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ cong vênh cục bộ, ứng suất tập trung, mô men xoắn v.v... Tóm lại để đánh giá sai số đo đạc thì phải tăng số lƣợng điểm đo biến dạng nhiều hơn số lƣợng các yếu tố nội lực cần tính. 2.8.3. XỬ LÝ KẾT QUẢ ĐO ĐỘNG Khi thử tải động đối với cầu, kết quả đo đƣợc ghi lên băng giấy hoặc phim dƣới dạng biểu đồ dao động nhƣ hình 2-33, Hệ số xung kích thực tế đƣợc suy ra từ kết quả đo theo công thức sau: y max (1+  ) = (2-23) y Trong đó: ymax - Độ võng lớn nhất khi hoạt tải chạy qua y - Độ võng tĩnh khi hoạt tải đứng yên Mỗi tốc độ xe thử chạy qua cầu sẽ cho một vị trí số (1+ ) riêng. Do đó khi thử đầu phải cho xe chạy với vài tốc độ khác nhau 20, 25, 35, 45 km/h lần lƣợt. Thông thƣờng trên cầu ôtô hệ số xung kích lớn nhất ứng với tốc độ từ 25 – 35 km/h. Để tìm độ võng y phải vẽ thêm đƣờng trung bình lên biểu đồ độ võng nhƣ hình 2-29. Trên hình đó cũng giải thích cách xác định các thời điểm xe ra vào cầu. Để xác định chu kỳ T và tần số f của dao động trên một đoạn biểu đồ dao động thì phải đếm số dao động n trên ứng với thời gian t rồi dùng các công thức sau: t n 1 T= ; f= = (2-24) n t T Công thức dùng chung cho cả khi xét dao động cƣỡng bức và dao động riêng. Muốn tính chu kỳ dao động riêng Tc để so sánh với trị số mà quy trình thiết kế cầu cho phép thì phải đếm đo trên đoạn c của biểu đồ (xem hình vẽ). Để đọc các băng ghi dao động phải có kính phóng đại với vạch chia cự ly đọc chính xác đến 0,1 mm. Trong lúc nhận xét kết quả thử tải phải xét toàn diện tất cả các vấn đề. Chú ý phân tích nguyên nhân và hậu quả của các hƣ hỏng, các hiện tƣợng độ võng dƣ và ứng suất dƣ của kết cấu. Phải có nhận xét về tuổi thọ của kết cấu. Sau khi tính toán đầy đủ các số liệu đo, báo cáo tổng kết cần làm theô trình tự nội dung sau: - Mô tả kết cấu và toàn bộ cầu - Nêu các số liệu tóm tắt rút ra từ hồ sơ thiết kế. - Nêu các vấn đề đặc biệt xảy ra trong quá trình thi công. - Mô tả các khuyết tật và hƣ hỏng. - Nhắc lại yêu cầu và nội dung thử nghiệm cầu. 78
- Danh mục các dụng cụ, thiết bị đƣợc dùng để thử nghiệm cầu. - Tải trọng thử cầu đã sử dụng - Trình tự thử tải cầu - Các hiện tƣợng phát sinh trong quá trình thử - Các kết quả đo đạc thử tĩnh và thử động ở tất cả các điểm đo dƣới mỗi cấp tải trọng. - Phân tích các số liệu có kết hợp với các tài liệu kiểm tra và đặc điểm của kết cấu - Đánh giá mức độ đúng đắn về những giả thiết tính toán và giải pháp kết cấu của đồ án. - Những kết luận về trạng thái chất lƣợng của công trình và khả năng thông qua của hoạt tải. - Những đề nghị về quản lý công trình, cá chỉ dẫn về giải pháp kỹ thuật cần áp dụng nhằm khắc phục những sai sót hƣ hỏng đã phát hiện. - Kèm theo báo cáo chung còn có các tài liệu kỹ thuật phản ánh quá trình đo đạc nhƣ hồ so thiết kế thử tải, ảnh chụp các dao động, biểu đồ ứng suất và độ võng và các tài liệu minh hoạ khác. Tb a) b)  ymax 1 ytb Tc T T Tb 2 B C Hình 2-33. Biểu đồ ghi dao động cƣỡng bức (a) và dao động riêng (b). B - Đoạn ghi dao động cưỡng bức; C - Đoạn ghi dao động riêng. TB - Chu kỳ dao động cưỡng bức; TC - Chu kỳ dao động riêng Để đánh giá tốc độ tắt dần của dao động riêng cần phải tính hệ số tắt dần An   ln (2-25) An 1 Trong đó An , An1 là các biên độ của dao động 2.8.4. - ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ THỬ TẢI CẦU Căn cứ phân tích kết quả thử tải cầu có thể nên nhận xét về các vấn đề sau: - Mức độ thích hợp của phƣơng pháp tính toán đã áp dụng. - Độ chính xác và trình độ công nghệ chế tạo kết cấu - Đặc điểm cụ thể về tác động của tải trọng lên cầu. - Các đặc trƣng thực tế của trạng thái ứng suất của các bộ phận và các mối nối. 79
- Ảnh hƣởng của những yếu tố khác nhau và các khuyết tật, hƣ hỏng đến trạng thái kỹ thuật của kết cấu cầu. - Xác định độ an toàn thông xe qua cầu của hoạt tải cụ thể hoặc hoạt tải tiêu chuẩn nào đó: Trọng tải xe, cách cho xe qua cầu, tốc độ cho phép… - Đề nghị về công tác duy tu sửa chữa hoặc nâng cấp cầu. Mức độ chênh lệch giữa các trị số tính ra đƣợc và trị số đo đƣợc của cùng một đại lƣợng vật lý đƣợc đánh giá bằng hệ số kết cấu:  do k  (2-26)  tinh  do ,  tinh  Các trị số đo đƣợc và tính đƣợc. Các hệ số kết cấu sẽ dùng để đánh giá năng lực chịu tải thực tế của kết cấu. 80
CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA CẦU ĐÃ QUA KHAI THÁC 3.1. KHÁI NIỆM CHUNG Khi đánh giá chất lƣợng kỹ thuật của một công trình cầu cũ không chỉ đơn thuần dựa vào việc tính toán mà phải kết hợp tất cả các công việc khảo sát, đo đạc, thử nghiệm mẫu trong phòng thí nghiệm, thử tải cầu, làm các thí nghiệm không phá huỷ ngay trên kết cấu thực, tính toán nhiều lần theo một số giả thiết khác nhau. Trong nhiều trƣờng hợp kinh nghiệm của kỹ sƣ thanh tra có một vai trò quan trọng quyết định. Nói chung, khả năng chịu lực của cầu có thể dự đoán bằng các tính toán lại, xác định các nội lực cho phép lớn nhất ở từng bộ phận kết cấu và so sánh chúng với các nội lực do các tải trọng (tĩnh tải và hoạt tải) gây ra. Những tải trọng đƣợc xét sẽ là tải trọng dự kiến đi qua cầu trong tƣơng lai. Khi tính toán lại kết cấu phải căn cứ vào trạng thái thực tại của nó, có liên quan đến: - Sơ đồ hình học thực tế của kết cấu và công trình. - Các mặt cắt chịu lực thực tế (có hƣ hỏng và khuyết tật) - Đặc điểm và thực trạng của hệ liên kết các bộ phận. - Các đặc trƣng cƣờng của vật liệu thực tế trên kết cấu. Có 2 đƣờng lối thƣờng áp dụng khi tính toán cầu cũ  Xác định ứng suất trong kết cấu do hoạt tải thực tế và so sánh với ứng suất cho phép (hoặc cƣờng độ tính toán) của vật liêu kết cấu. Từ đó kết luận về khả năng thông qua cầu.  Các kết cấu cầu thép sẽ đƣợc tính toán đẳng cấp chỉ theo điều kiện cƣờng độ và điều kiện mỏi. Các tải trọng qua cầu cũng sẽ đƣợc tính đẳng cấp của chúng. Nếu đẳng cấp tải trọng nhỏ hơn đẳng cấp các kết cấu thì thông xe đƣợc. Trong chƣơng này, chỉ trình bày một số vấn đề về tính toán lại kết cấu và tính toán đẳng cấp của kết cấu cầu đƣờng sắt cũ. 3.2. CÔNG THỨC CHUNG TÍNH TOÁN ĐẲNG CẤP CẦU THÉP ĐƢỜNG SẮT. 3.2.1. XÉT KẾT CẤU NHỊP Nguyên tắc tính toán năng lực chịu tải của kết cấu nhịp thép bằng phƣơng pháp phân đẳng cấp: Khi xác định năng lực chịu tải của kết cấu nhịp và điều kiện khai thác phải xét đến:  Dạng cấu tạo của kết cấu nhịp và các bộ phận  Loại vật liệu thép và tính chất cơ học.  Hiện trạng của kết cấu, các hƣ hỏng. 81
 Chất lƣợng chế tạo và thi công kết cấu nhịp  Sự làm việc thực tế của kết cấu nhịp dƣới tác dụng của các tải trọng.  Khổ giới hạn thực tế của kết cấu nhịp.  Vị trí cầu (trên mặt bằng, trên trắc dọc, phạm vi ga,…)  Các kết qủa thí nghiệm cầu (nếu có).  Các kết quả tính toán lại bao gồm tính toán phân đẳng cấp. Khi tính toán phân đẳng cấp chỉ xét trạng thái giới hạn thứ nhất về cƣờng độ, ổn định hình dáng và mỏi. Đẳng cấp của một kết cấu nhịp đƣợc tính toán theo công thức: k K k 1 (1  μ) Trong đó: 1+ - Hệ số xung kích. k - Hoạt tải rải đều tƣơng đƣơng cho phép (T/m) tính theo các điều kiện của trạng thái giới hạn thứ nhất. k1 - Hoạt tải rải đều tƣơng đƣơng của đoàn tàu đơn vị chuẩn. Các trị số k và k1 đƣợc tính với cùng một đƣờng ảnh hƣởng đang đƣợc xét (cùng độ dài và vị trí đỉnh đƣờng ảnh hƣởng). Đẳng cấp của một cấu kiện đƣợc lấy là trị số nhỏ nhất trong các trị số đẳng cấp của nó đã tính theo các điều kiện khác nhau. đẳng cấp của kết cấu nhịp lấy theo đẳng cấp thấp nhất của các cấu kiện. 3.2.2. XÉT ĐOÀN TÀU. Đẳng cấp của tải trọng Ko bằng tỷ số của tải trọng rải đều tƣơng đƣơng của đoàn tàu đang đƣợc xét (có cả hệ số xung kích) với tải trọng đơn vị chuẩn (có kể hệ số xung kích). k o (1  μ o ) Ko  Trong đó: k H (1  μ) ko - Tải trọng rải đều tƣơng đƣơng của đoàn tàu đang đƣợc phân cấp (T/m). kH - Tải trọng đơn vị chuẩn theo sơ đồ T1, đƣờng (T/m) 1+o - Hệ số xung kích của đoàn tàu đang đƣợc phân cấp (lấy theo Quy trình Thiết kế cầu mới hiện hành hoặc theo kết quả thử nghiệm cụ thể) 1+ - Hệ số xung kích đối với tải trọng đơn vị chuẩn theo sơ đồ T1 Các trị số ko và kH đƣợc lấy đối với cùng một đƣờng ảnh hƣởng. 82
Các tải trọng tƣơng đƣơng k0 và đẳng cấp tàu Ko đƣợc xác định với đƣờng ảnh hƣởng tam giác dài  =1 -:- 200(m), với hệ số. Khi xác định tải trọng tƣơng đƣơng ko phải đặt đoàn tàu đƣợc xét lên đƣờng ảnh hƣởng ở vị trí bất lợi nhất để cho giá trị ko đạt lớn nhất. Khi đó có một trong các lực tập trung, đƣợc gọi là lực chính, sẽ nằm đúng trên đỉnh đƣờng ảnh hƣởng. 3.3. TÍNH ĐẲNG CẤP DẦM CHỦ VÀ HỆ DẦM MẶT CẦU 3.3.1. NGUYÊN TẮC CHUNG Đối với dầm đặc chủ và các dầm trong hệ mặt cầu của cầu đƣờng sắt đơn trên tuyến thẳng phải tính toán đẳng cấp cũng nhƣ kiểm toán dƣới tải trọng thử cầu theo các nội dung sau:  Tính toán theo ứng suất pháp  Tính toán theo ứng suất tiếp  Tính toán về cƣờng độ của đinh tán hoặc bu lông tinh chế, của mối hàn để liên kết bản bụng với bản cánh của dầm.  Tính toán ổn định chung của dầm.  Tính toán ổn đinh cục bộ của bản bụng dầm.  Tính toán ổn định cục bộ của bản bụng có sƣờn đứng tăng cƣờng ở mặt cắt gối.  Tính toán về mỏi  Tính toán mối nối (nếu có) Ngoài ra, đối với các dầm dọc và dầm ngang của hệ mặt cầu, phải tính toán thêm các nội dụng sau:  Tính toán liên kết dầm dọc và dầm dọc cụt với dầm ngang.  Tính toán liên kết giữa dầm ngang và dầm chủ 3.3.2. TÍNH TOÁN CƢỜNG ĐỘ THEO ỨNG SUẤT PHÁP  Trong tính toán hoạt tải rải đều tƣơng đƣơng cho phép, các mặt cắt cần phải xét bao gồm: Đối với dầm chủ và dầm dọc mặt cầu:  Mặt cắt giữa dầm  Mặt cắt chỗ cắt đứt bản phủ cánh dầm (theo hàng đinh đầu tiến)  Mặt cắt giảm yếu do khuyết tật hoặc hƣ hỏng  Mặt cắt nguy hiểm khác.  Mặt cắt nối (nếu dầm có mối nối) Đối với dầm ngang:  Mặt cắt đi qua các lỗ đinh liên kết dầm ngang và dầm dọc 83
 Hoạt tải rải đều tƣơng đƣơng cho phép (T/m) khi tính theo ứng suất pháp đối với mặt cắt 1 vuông góc bất kỳ của dầm đƣợc tính theo công thức: k  ' (mRCWo  ε p Ω p  pnp ) εk n kΩk Trong đó: k - Hệ số phân bố ngang của hoạt tải đối với phiến dầm đang xét nk - Hệ số tải trọng đối với đoàn tàu  p = k - Diện tích đƣờng ảnh hƣởng mô men uốn tại mặt cắt đang xét của dầm (m2) m - Hệ số điều kiện làm việc. R - Cƣờng độ tính toán cơ bản của thép. C - Hệ số xét đến sự cho phép xuất hiện biến dạng dẻo hạn chế ở các thớ biên của dầm, lấy bằng 1,1 đối với dầm chủ và dầm dọc mặt cầu, bằng 1 đối với dầm ngang và đối với mọi trƣờng hợp tính toán về mỏi. Wo - Mô men chống uốn của mặt cắt đang xét (m3) k - Hệ số phân bố ngang của tĩnh tải đối với cấu kiện đang xét p np - Tổng các tĩnh tải rải đều tính toán (mỗi loại tĩnh tải tƣơng ứng với một hệ số tải trong) (T/m)  Mô men chống uốn tính toán Wo của mặt cắt dầm ở ngoài phạm vi mối nối đƣợc lấy bằng mô men chống uốn của mặt cắt thu hẹp Wth I th Wo  Wth  Ymax Trong đó: Ith - Mô men quán tính của mặt cắt thu hẹp đối với trục trung hoà Ymax - Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ xa nhất của mặt cắt đang xét. Đối với các dầm đinh tán mà không có tấm nằm ngang của bản cánh, đƣợc phép lấy Wth = 0,82WP, còn đối với dầm đinh tán có tấm nằm ngang ở bản cánh thì lấy Wth = 0,8WP. Trong đó Wp là mô men chống uốn của mặt cắt nguyên. Mức độ giảm yếu của bụng dầm đƣợc phép lấy bằng 15%.  Khi tính toán mặt cắt nằm trong phạm vi mối nối thì mô men chống uốn tính toán đƣợc lấy nhƣ sau: Wo   I1   I 2 Ymax 84
Trong đó: I1 - Tổng các mô men quán tính của mặt cắt thu hẹp của phần không có mối nối hoặc không bị gián đoạn tại mặt cắt đƣợc xét, lấy đối với trục trung hoà của toàn mặt cắt. I2 - Tổng các mô men quán tính thu hẹp của các tập bản nối, lấy đối với trục trung hoà của toàn mặt cắt Inối, hoặc tổng các mô men quán tính của các diện tích tính đổi của các đinh tán hay các bu lông tinh chế liên kết các nửa tập bản nối, lấy đối với trục trung hoà của toàn mặt cắt Io (lấy trị số nhỏ hơn) 1 Io   y i2 o yi - Khoảng cách từ trục trung hoà của toàn mặt cắt đến đinh tán, bu lông thứ i, liên kết nửa tập bản nối. Đối với các đinh tán nằm ngang thì yi lấy đến tâm lỗ đinh, đối với các đinh tán thẳng đứng thì yi lấy đến mặt chịu cắt tƣơng ứng của đinh 1/o - Diện tích tính đổi của đinh tán hoặc bu lông tinh chế. Nếu mối nối dùng liên kết hàn thì giá trị I2 sẽ là mô men quán tính đối với trục trung hoà toàn mặt cắt của diện tích tính toán mối hàn. Khả năng chịu lực của mối nối đƣợc xác định bằng khả năng của tập bản nối hoặc bằng khả năng của các liên kết của tập bản nối đó(của các đinh tán, bu lông, mói hàn). Do vậy đối với mỗi tập bản của mối nối đều phải xác định số I2 2 lần: Lần đầu theo mô men quán tính thu hẹp của các tập bản nối, lần sau theo mô men quán tính của các diện tích tính đổi của các đinh tán hay bu lông liên kết.  Diện tích đƣờng ảnh hƣởng mô men uốn tại mặt cắt đang xét của dầm tính toán theo sơ đồ dầm giản đơn:  Đối với dầm chủ thì nhịp tính toán bằng khoảng cách giữa hai tim gối l ( = l)  Đối với dầm dọc hệ mặt cầu thì nhịp tính toán bằng khoảng cách giữa 2 dầm ngang hai đầu dầm đƣợc xét ( = d)  Đối với dầm ngang nhịp tính toán bằng khoảng cách giữa hai tim dàn chủ (hoặc dầm chủ)  Đối với dầm dọc cụt phải tính toán theo sơ đồ công xon có nhịp bằng khoảng cách từ tim dầm ngang biên đến đầu mút hẫng của dầm dọc cụt lk Các công thức tính diện tích đƣờng ảnh hƣởng mô men uốn nhƣ sau:  Đối với dầm chủ: k = p =  (1- ) l2/ 2  Đối với dầm dọc hệ mặt cầu: k = p =  (1- ) d2/ 2  Đối với dầm ngang phía trong: k = p = d eo  Đối với các dầm ngang đầu (biên): k = p = (d + lk) eo/ 2d 85
Trong đó: eo - Khoảng cách từ tim dầm chủ (dàn chủ) đến mặt cắt đƣợc xét của dầm ngang; e o phải nhỏ hơn hoặc bằng khoảng các từ tim dầm chủ (dàn chủ) đến dầm dọc hệ mặt cầu gần đó nhất, (m). d - chiều dài khoang dầm dọc lk - chiều dài dầm dọc cụt Hệ số  thể hiện vị trí tƣơng đối của đỉnh đƣờng ảnh hƣởng đƣợc xác định nhƣ sau:  Đối với dầm chủ:  = ao/l  Đối với dầm dọc hệ mặt cầu:  = ao/d  Đối với dầm ngang phía trong  = 0.5  Đối với dầm ngang đầu  = 0 Trong đó: ao - Khoảng cách từ đỉnh đƣờng ảnh hƣởng đến đầu gần nhất của nó, (m) 3.3.3. TÍNH TOÁN CƢỜNG ĐỘ THEO ỨNG SUẤT TIẾP  Các mặt cắt cần phải xét bao gồm: Đối với dầm chủ và dầm dọc mặt cầu:  Mặt cắt tại gối và các mặt cắt bị giảm yếu do các lỗ đinh hoặc do các khuyết tật hƣ hỏng khác (thớ qua trục trung hoà)  Cần xét thớ qua trục trung hoà của mặt cắt nói trên Đối với dầm ngang:  Mặt cắt qua các lỗ đinh để liên kết với dầm dọc  Mặt cắt nguy hiểm đi qua các lỗ đinh để liên kết với dầm dọc  Các mặt cắt nguy hiểm khác.  Hoạt tải rải đều tƣơng đƣơng cho phép (T/m) khi tính theo ứng suất pháp đối với mặt cắt vuông góc bất kỳ của dầm đƣợc tính theo công thức: 1 0,75 mRI k (  ε p Ω p  pn p ) εknkΩk S Trong đó: k - Diện tích đƣờng ảnh hƣởng lực cắt tại mặt cắt đang xét của dầm (m2)  p - Tổng diện tích đƣờng ảnh hƣởng lực cắt (m2). 86